Alexandru Paler suunnittelee kvanttitietokoneiden ohjelmistoja

Alexandru Paler on aloittanut apulaisprofessorina Aallon tietotekniikan laitoksella. Paler työskenteli aikaisemmin tutkijana itävaltalaisessa Johannes Kepler -yliopistossa. Sitä ennen hän teki väitöskirjansa Passaun yliopistossa Saksassa. Paler kehittää kvanttilaskennan ohjelmistoja.

Mitä tutkit?

Tutkimusaiheeni muodostavat yhdessä kolmion, jonka kaikki kolme sivua tukevat toinen toisiaan. Ensimmäinen kolmion sivu on kvanttiohjelmistojen suunnittelu ja toteutus, toinen kvanttivirheiden korjaukseen tarkoitetut ohjelmistot ja kolmas, uusin, tutkimusalueeni kattaa kvanttipiirien simulaation.

Väitöskirja-aiheeni oli virtapiirien suunnittelu mukaan lukien kvanttivirtapiirit. Sen jälkeen tutkimukseni keskittyi kvanttiohjelmistoihin eli kvanttitietokoneiden toiminnassa tarvittaviin ohjelmistoihin. Kyseessä on laaja tutkimusalue, jossa työskentelee monenlaisia tutkijoita eri painopistealueilla. Käytin kaksi vuotta tutkijatohtorina koodin kirjoittamiseen, kunnes havaitsin, että suurin osa työstä oli turhaa. Olen tehnyt huippuluokan työkaluja, mutta se ei ole johtanut laadukkaisiin tuloksiin, koska koodeihin ei pystytty aktiivisesti sisällyttämään virheenkorjausmenetelmiä. Tämän seurauksena aloin tutkia ohjelmistomuuttujien optimointia tehostaakseni virheiden havaitsemista.

Kvanttitietokoneissa virheet voivat johtua laitteiston epätäydellisyydestä tai laiteympäristön kohinasta, ja näihin ongelmiin fyysikot etsivät ratkaisua. Mutta täydellinenkin systeemi on altis ympäristön kohinalle, ja sen vuoksi haluan kehittää ohjelmistoja, jotka voivat tunnistaa ja korjata näitä virheitä. Näitä työkaluja kutsutaan kvanttikoodien avaajiksi.

Kolmas tutkimukseni osa-alue on kvanttipiirien simulaatio. Aloimme tutkia simulaatio-ohjelmistoja, koska kvanttikoodien testauksessa ja virtapiirien analysoimisessa tarvitaan kvanttitietokoneita, ja niitä ei ihan vielä ole saatavilla. Kvanttitietokoneen simulointi on haastava ongelma, joten keskitymme vain tiettyihin simulaatioon liittyviin vaatimuksiin.

Toivon, että kolme tutkimukseni osa-aluetta tulevat yhdistymään ja tuloksena on jotain kiinnostavaa.

Mikä sai sinut kiinnostumaan tutkimusalueesta?

Totta puhuakseni minulla ei ollut alkuun aavistustakaan, mihin olin ryhtymässä. Jälkikäteen katsottuna ala veti minua puoleensa, koska sieltä löytyy haasteita. Olin kiinnostuneempi tutkimukseen liittyvistä avoimista kysymyksistä kuin mahdollisuudesta työllistyä.

Mihin ala on mielestäsi seuraavaksi menossa?

Tutkin kvanttilaskentaa, koska se on todella monitieteellistä. On haastavaa pysyä kartalla kaikesta, mitä tapahtuu. Jopa silloin kun riisutaan kaikki hypetys, jota alalla on paljon, kvanttilaskennassa ja -teknologioissa on paljon kiinnostavia tutkimustuloksia. Niiden kautta opimme jatkuvasti lisää aiheista, joista on hyötyä myös kvanttilaskennan ulkopuolella. Esimerkiksi tein diplomityöni digitaalisesta kuvan käsittelystä, eikä sillä ollut mitään tekemistä kvanttilaskennan kanssa. Nyt on alettu puhua kvanttikoneoppimisesta, jota voitaisiin soveltaa esimerkiksi kuvien luokittelussa. Kvanttilaskennan tutkimuksessa yhdistyvät laajasti tietotekniikan, fysiikan ja insinööritieteiden tutkimusalat.

Vaikka kvanttilaskenta osoittautuisi lopulta suureksi pettymykseksi eikä toimisi lainkaan, arvoa syntyisi kuitenkin jo tiedon jakamisesta kaikkien näiden alojen välillä!

Lisätietoja:

Alexandru Paler
Apulaisprofessori
Tietotekniikan laitos
[email protected]