TIETEESTÄ
Kvanttilukutaitoa kaikille
Teksti Panu Räty Kuvat Mikko Raskinen
Mikä yhdistää tietokonetta, matkapuhelimia ja GPS-järjestelmää? Entä digikameroita, aurinkopaneeleita ja kuituoptiikkaa? Niiden kaikkien toiminta perustuu kvanttifysiikan ilmiöihin.
K
vanttifysiikka ei tarkoita vain kokeita miljoonien eurojen hiukkaskiihdyttimissä tai outoja ilmiöitä kaukana avaruudessa. Kvanttifysiikkaan perustuvat sovellukset ovat osa jokapäiväistä elämäämme jo nyt. Tämä on kuitenkin vasta alkua. Kvanttitietokoneet, kvanttiverkot ja kvanttitekniikkaan perustuvat anturit ovat muuttumassa todellisuudeksi. Ne lupaavat jättimäisiä mullistuksia ihmiskunnan tiedonkäsittelykykyyn ja ajan myötä myös arkeemme. Silti kvanttifysiikka on jäänyt maallikoille vieraaksi. Juuri tähän pulmaan yrittää löytää ratkaisua Helsingin yliopiston fysiikan professori Sabrina Maniscalco. Hän on Aalto-yliopiston dosentti ja Suomen Akatemian kvanttiteknologian kansallisen huippuyksikön varajohtaja. Maniscalcon vetämässä hankkeessa Helsingin yliopiston, Aalto-yliopiston ja Turun yliopiston tutkijat rakensivat avoimen QPlayLearn-verkko alustan (qplaylearn.com). IBM:n ja tutkijatiimin Algorithmiq-yrityksen avulla syntynyt englanninkielinen sivusto tarjoaa tietoa kvanttifysiikan peruskäsitteistä kaikenlaisille oppijoille lukioikäisistä alkaen. Maniscalcon mukaan kvanttifysiikan hahmottamista vaikeuttaa ennen muuta puhumamme kieli. Kielelliset vertauskuvamme kantautuvat selkeiden syy–seuraussuhteiden maailmasta, johon olemme arjessa tottuneet. Siksi tarvitaan uudenlaisia keinoja. ”Me uskomme, että kuka tahansa voi ymmärtää kvanttifysiikan keskeisimmät ulottuvuudet”, Maniscalco sanoo.
38 / AALTO UNIVERSITY MAGAZINE 28
Kvanttifysiikkaa pelin muodossa Sabrina Maniscalco sanoo, että kvanttifysiikan omaksumisessa meidän on mahdoton tukeutua arkikokemukseemme. Kuinka edes voisimme oman kokemuksemme perusteella käsittää, että hiukkaset voivat ennen mittaamista sijaita samanaikaisesti monessa eri paikassa? ”Nykyisin on kuitenkin tarjolla paljon monime diallisia välineitä: vuorovaikutteisia digitaalisia työkaluja, animaatioita, videoita ja tietenkin pelejä.” Juuri tässä on Maniscalcon mukaan QPlayLearnhankkeen erityisyys. Tarkoituksena on rakentaa aivan uudenlainen työkalupakki monimutkaisen tiedon välittämiseen. Pelien, animaatioiden ja videoesitysten lisäksi sivusto sisältää myös kvantti-ilmiöitä ja niihin liittyvää matematiikkaa avaavia tekstejä. Quantum Playground -peli on yksi QPlayLearnsivuston videopeleistä. Värikäs peli kertoo super positiosta ja aaltofunktion käyttäytymisestä. Pelaajan elämys kasvaa Maniscalcon mukaan vielä vahvemmaksi virtuaalitodellisuusversiossa, jossa kvantti-ilmiöt ympäröivät pelaajaa valojen ja värien muuttuvina kuvioina.
Quantum Garden on interaktiivinen valotaide teos, jota koskettamalla teoksen värit muuttuvat. Teos on yhdistetty ”mustaan kvanttilaatikkoon”, joka kerää informaatiota ja prosessoi kosketukset avuksi loogisten kvanttiporttien kehittämisessä. Kvanttiportit ovat tärkeitä kvanttitietokoneen rakennusosia. Teoksen on toteuttanut pelitaiteilija Robin Baumgarten yhteistyössä Suomen kvantti teknologian huippuyksikön fyysikoiden kanssa professori Sabrina Maniscalcon johdolla.