Maailmasta löytyy satunnaisuutta, jonka suurin osa sijoittajista ymmärtää fyysikkoa paremmin.
Maailman kaikkeus koostuu massasta, sähkömagneettisesta kentästä ja pyörimisnopeudesta. Tämä klassisen fysiikan laki pitää aika hyvin paikkansa siihen asti, kun maailmamme on noin miljoonasosa nuppineulan kärjestä. Sen jälkeen maailmasta löytyy satunnaisuutta, jonka suurin osa sijoittajista ymmärtää fyysikkoa paremmin.
Meidän luterilaiseen, työtä palvovaan kulttuuriimme kuuluu ajattelumalli, ettei raha ilmesty tyhjästä. Sen eteen pitää tehdä töitä. Kaikkeen on looginen syy-seuraussuhde. Kuitenkin jos sukeltaa syvemmälle kahvikuppiin maitohiukkasten läpi, päätyy alkeishiukkasten maailmaan, jossa tyhjästä loihtiminen on mahdollista. Ainakin hetkellisesti.
Syynä on se, että tässä mittakaavassa hiukkaset käyttäytyvät kvanttimekaniikan luonnonlakien mukaan. Ne voivat ilmestyä sattumanvaraisesti, olla olemassa tovin ja kadota ilmestyäkseen uudelleen jossain toisaalla.
Kvanttivallankumous päästi irti vanhoista ajattelutavoista
Mustan kappaleen ongelma askarrutti fyysikkoja vuodesta 1862 lähtien. Mittaustuloksissa oli virhe. Fyysikkojen tutkiessa lämpöpintojensäteilyä havaittiin, ettei klassinen fysiikka pystynyt selittämään kappaleen lähettämän spektrin muotoa. Tätä varten pyrittiin luomaan lakeja, jotka selittivät ongelmaa. Laeilla pystyttiin kuvaamaan säteilyä tietyillä aallonpituusväleillä vaan ei suinkaan kaikilla.
Kvanttivallankumous oli erittäin vaativa ja pitkäaikainen prosessi päästää irti ajattelutavoista, jotka olivat määrittäneet tieteenkehitystä Newtonin ja Galileon ajoista. Nämä tavat juurtuivat tiukasti determinismin käsitteeseen, jossa katsottiin, että fyysisillä syillä oli ennustettavissa olevaa järkeä, joka tottelee rationaalista järkeä kuten kellot tekevät.
Termodynamiikan professori Max Planck havaitsi, että energia esiintyy paketteina. Tämä oli tulosta hyvin viihdyttävästä vuosikymmenien henkseleiden paukuttelusta Boltzmanin kanssa. Planckin tutkimukset johtivat energian kvanttiluonteen löytymiseen ja Planck esitti niin sanotut Planckin yksiköt, jotka kuvaavat luontoa viiden luonnonvakion voimalla. Tieteenfilosofiassa Planck muistetaan myös Planckin periaatteesta, jonka mukaan vanhemmat tieteilijät ovat vähemmän halukkaita hyväksymään uutta tietoa kuin nuoremmat.
Planck itse piti vakiotaan vain matemaattisena kikkailuna, kunnes tuolloin patenttivirkailijana toiminut Einstein selitti valosähköisen ilmiön perustuen Planckin kvanttiteoriaan ja muut alkoivat käyttämään sitä uusien fysiikan teorioiden lisäkehitykseen. Tällöin vasta keksinnön vallankumouksellisuus ymmärrettiin. Kvanttifysiikan ymmärtäminen siis käynnisti koko modernin fysiikan kehityksen
Visualisoimisen haaste
Kvanttifysiikan ilmiöitä, kvanttimekaniikkaa hyödynnetään jo meidän arjessamme. Teollisuusmatemaatikko Sauli Siltanen kuvaa Ylen Tiedeblogissa, miten tavallinen muistitikku hyödyntää kvanttimekaniikan tunnneloitumisilmiötä. Vaikka teknologiaa kohtaan kohdistuvat odotukset ovat merkittäviä, kevyempiä sovelluskohteita löytyy jo arjestamme. Kovat odotukset kvanttimekaniikkaa kohtaan perustuvat kvantin superpositioluonteeseen.
Voisi yrittää kuvata superposition käsitettä tai piirtää siitä kuvan, mutta esimerkiksi siinä missä Leonard Suskinilla meni klassisen fysiikan tilan määrittämiseen teoksessa Volum 1 hieman yli sivun verran kvanttitilan selittämisessä Quantum mechanics, theoritical minimum samaan asiaan meni 17 000 sanaa. Hän sanoi ilmiön kuvittamisen olevan naiivia, sillä se ei kuitenkaan vastaisi todellisuutta. Sen sijaan lukija voi tutustua tietojenkäsittelijätieteilijä Scott Aaronsonin erinomaiseen sarjakuvaan.
Kvanttimekaniikkaa ei ole vaikea ymmärtää siihen liittyvän kovan matematiikan vuoksi. Se on vaikeaa, koska se käsittelee niin pienen hiukkasen, fotonin, käyttäytymistä, että ihmisen on vaikea visualisoida sitä.
Kvanttimekaniikan investointiympäristö
Nykyään kvanttifysiikkaa sovelletaan kvanttitietokoneisiin, kvanttikommunikointiin ja kvanttimittaukseen ja säähavaintoihin. Tekoälynkehitys vauhdittui 2010-luvulla saatavilla olevan massiivisen datamäärän vuoksi. Tekoälyn edelleen kehittyminen vaatii tietokoneilta yhä suurempia laskentatehoja. NVIDIA on ollut vuoden 2023 pörssitähti sen merkittävästi tehokkaamman laskentatehonsa vuoksi. Sen näytönohjaimet ovat olleet pitkään alan de facto-standardi.
Kvanttiteknologiaan on viime vuosina investoitu merkittävissä määrin, koska sen uskotaan ratkaisevan ongelmia, joihin klassisen fysiikan metodein ei pystytä ja lisäämään muun muassa tietokoneiden laskentatehoa. Kvanttiteknologian markkinapotentiaalin uskotaan olevan vuonna 2040 106 miljardia. Liki 90 prosenttia potentiaalista uskotaan liittyvän kvanttikoneisiin. Kun lupauksien takarajat ovat näin kaukana tulevaisuudessa, sijoittajan karvat kuuluvatkin nousta pystyyn.
Emme me oikeasti osaa tänään nähdä, miltä maailma näyttää 17 vuoden päästä. On hyvä huomata silti NVIDIAn arvostuskertoimia pohtiessa, että laskentatehon muodostuessa määrittäväksi teknologiaksi yritysten tuotekehitykselle, saattaa rinnalle nousta kilpailevia teknologioita.
Startup vetoiseen mentaliteettiin tottuneessa Yhdysvalloissa on syntynyt McKinseyn raportin mukaan eniten startup-yrityksiä, mutta ei voi olla huomaamatta kartalta investointina Kiinan kymmenen miljardin dollarin pottia. Kiinan investointimarkkinoita vauhdittaa Kiinan valtion tuki, minkä on ilmoitettu nousevan 15 miljardiin vuoteen 2025 mennessä.
Eurooppalaisilta ja kiinalaiset julkaisevat määrällisesti eniten kvanttiteknologiaan liittyviä julkaisuja. Euroopassa on asukaslukuun suhteutettuna eniten kvanttiteknologiaosaamista.
Kvanttiviestintä
Koska kvanttifysiikan superpositio ilmiöön liittyy mittaustarkkuuden ja tuloksen epäsuhta, kypsin tuotteistettu markkina on jo huoneenlämmössä toimiva kvanttiviestintä. Kvanttiviestintä toimii kuidun välityksellä. Tärkeimpänä ominaisuutena se pystyy käyttämään salaukseen todellista satunnaisuutta. Tällöin pystytään lupaamaan lähes varmasti, ettei välitettyä viestiä pysty ulkopuoliset lukemaan.
Kvanttiviestinnän keinoin pystytään varmistamaan, kenen kanssa todella keskustellaan. Se saattaisi tarjota mahdollisuuksia lohkoketjuliiketoiminnalle. Kiinalaisille valmistui 2021 kvanttiteknologiaan perustuva kuituverkko, joka yhdistää 150 käyttäjää, joiden yhteenlaskettu etäisyys toisistaan on 4600km.
Pörssissä kvanttiviestinnästä esimerkkinä on Yhdysvaltalainen Arqit Quantum Inc, joka tarjoaa QuantumCloud-pilvipalvelua. QuantumCloud tarjoaa mahdollisuuden ladata kevyen softan haluamalleen laitteelle ja tarjoaa asiakkailleen
Kvanttimittaus ja säähavainnot
Futuristisempi sovellusala on mittauslaitteet ja säähavainnot. On olemassa jo paljon mittauslaitteistoa, jotka käyttävät hyväkseen kvantti-ilmiöitä. Haasteena on löytää tapoja käyttää hyväkseen mittalaitteissa kvanttiluonnetta, joka lisää laitteiden mittausherkkyyttä. Fotonien kvanttiluonnetta hyödyntävät mittalaitteet vertaavat mittaustulosta atomitasolla atomijoukkojen sijaan.
Sovellusaloja voivat olla esimerkiksi lentokoneiden tutkahavainnot, jossa radioaaltojen sijaan käytettäisiin magneettikenttää. Lääkärit pystyisivät tekemään mittaustulosten perusteella tarkempia diagnooseja. Kvanttiluonteen satunnaisuutta käyttäessä haaveena on kommunikoida maan alla. Tälllöin pitäisi pystyä lähettämään signaalia tarkkailemaan maa-aineksen läpi. Silloin voisi nähdä myös merenpohjaan kilometrien päähän.
Todennäköisesti ensimmäiset sovellukset tulevat olemaan sotilaskäyttöön. Siksi on osin huolestuttavaa katsoa maailman kartalta, mitkä maat panostavat eniten kvanttifysiikan sovellusten kehittämiseen. Sillä ei olisi pelkästään disruptoiva vaikutus taloudessa vaan suurvaltojen voimasuhteissa.
Todellisuudessa kvanttiteknologian varustelukilpailussa ei ole kyse kiireestä päästä tuottamaan kuluttajamarkkinoille tietokoneita.
Kvanttitietokoneet
Kolmas kvanttiteknologian soveltamisala on kvanttitietokoneet. Markkina kvanttitietokoneille on jo olemassa, mutta teknologia ei ole erityisen kypsää. Tällä hetkellä sen pääasiallisena rahoittajana toimivat sijoittajat.
Vuosien 2021 ja 2022 aikana useampia kvanttimekaniikkaa hyödyntäviä yrityksiä on listautunut pörssiin, joista suurimman osan erikoistumisala on kvanttitietokoneet. Ensimmäisenä listautuivat IonQ, Rigetti ja D-Wave Quantum SPAC erikoisrahoitusyhtiöiden kautta.
SPAC erikoisrahoitusyhtiöt soveltuvat erityisesti yrityksille, joiden tuotot ovat kaukana tulevaisuudessa. Kokeneen johdon omaava SPAC-yhtiö hakee listautumisen avulla sijoittajilta rahoitusta, jotta voivat ostaa ja viedä jonkin olemassa olevan yhtiön pörssiin. Suomessa tällaisia yhtiöitä ovat olleet lämmitys ja jäähdytysjärjestelmiä myyvän Purmon listannut Virala ja vielä yritysosto kohdettaan etsivä Lifeline.
Kiina merkittävin investoija
Tärkeimpänä sijoittajan on hyvä havaita summat, mitä Kiina sijoittaa kvanttiteknologian kehittymiseen. Kun jokin taho sijoittaa johonkin asiaan ”naurettavia summia” rahaa, on aika todennäköistä, että siellä teknologia myös lopulta kehittyy. Viime vuosina yli puolet patenteista on myönnetty Kiinaan.
Kiina elää jonkinlaisessa markkinataloudessa, mutta sen markkinatalouden lainalaisuudet eivät noudata länsimaalaisten kanssa samaa logiikkaa ja tuhonnut useammankin alan kanattavuuden. Kiina asettaa itselleen erilaiset tavoitteet kuin länsimaat, joiden tarkastelujakso on meitä pidempi.
Kärjistetysti kaikki maailman edistyneet puolijohteet valmistetaan Taiwanissa TMSC:n tehtailla. Jos Kiina päättää hyökätä Taiwaniin, koko maailman teknologiasektori järkkyy.
Vertailtavien yritysten määrä
Kvanttiteknologiaekosysteemiin perustuvia startupyrityksiä on ollut vuonna 2022 341. Osa yrityksistä luo kilpailevaa teknologiaa olemassa olevia syrjäyttääkseen. Osa luo teknologiaa kvanttiteknologian tutkimiseen ja kehittämiseen. 80 prosenttia startupeista liittyy kvanttitietokoneiden ekosysteemiin.
Teknologioiden merkittävä määrä on tyypillistä teknologian varhaiseen kehitysvaiheeseen. Tyypillinen kehityskulku on, että jossain kohtaa sieltä jokin yritys nousee ylitse muiden. Tämä alkaa ostamaan muita pois tai syömään muiden markkinoita. Vielä ei ole selvää, mikä se yritys.
Kvanttitietokone käyttää tilan mittayksikkönä kubittia tietokoneiden bitin sijaan. Kubitin ensisijainen tarkoitus on erottaa se normaalista bitistä ja ilmaista tilojen lomittuminen. Yksi bitti on tunnetusti 1 tai 0. Sarja kubitteja voi ilmaista samaan aikaan superposition useista binääriluvuista. Kubitin käsite ei vielä määrittele, kuinka monesta binääriluvusta tai käytetäänkö hyväksi superposition kvanttitilaa.
Rigetti totesi listautuessaan, että vasta 100 kubitin versiot voivat parantaa merkittävästi kemian simulaatioiden ja koneoppimisen suhteen. Rigetin Samana vuonna listautunut kanadalainen D-Wave kertoi, että heillä on alan paras 5000 kubitin järjestelmä.
D-Waven teknologia perustuu quantum annealingiin eli kvanttitasapainoon, jolloin pyritään löytämään optimaalisimmat ratkaisut optimointiongelmiin. Se hyödyntää kvanttitilan hilaa ja lähtee etsimään energiaa minimisoivaa tilaa eli pohja tilaa. Trapped ion laitteet ovat stabiilimpia ja annealing laitteet alttiita ympäristön häiriöille ja niiden kvanttitilan säilyvyys on rajallinen. Tämä rajoittaa niiden kvanttitilan kykyä suorittaa monimutkaisia laskentatehtäviä ja pitkiä laskentaprosesseja
Startup yritysten kubitti määrät eivät siten ole toisiinsa verrattavia mittayksikköjä, eivätkä kerro vielä teknologian tehokkuudesta suhteessa muihin. Sijoittaja on arvioinneissaan hyvin pitkälti yritysten luomien kuvausten varassa. Alaa tiukasti seuraava Steve Blank totesi listautuneiden yritysten teknologioiden vastaavan aivan tavallisten tietokoneiden tehoa.
Saako sijoittaja rahoilleen vastinetta
Kvanttiteknologiaan sijoittamisen ongelma länsimaiselle sijoittajalle on ehdottomasti toiminnan tappiollisuus ja tappioiden jatkuminen vielä vuosia.
Esimerkiksi vuonna 2021 SPAC-rahoituksen kautta listautunut IonQ keräsi liiketoimintaansa varten 650 miljoonaa. IonQ:n ytterbium isotoopi ionin ansoittava järjestelmä on tarjolla Amazon Bracketin, Microsoft Azuren ja Google Cloudin pilvipalveluilla. 2022 tilinpäätöksessä yrityksellä oli 538 miljoonaa, oli tehnyt tappiota vuonna 2022 27,8 miljoonaa dollaria, ilmoitti tappioiden jatkuvan ja kiinteiden kulujen kasvavan. Samanlaisia talousraportteja muiltakin yrityksiltä on luettavissa.
Tätäkö SPAC-erikoisrahastoon investoineet sijoittajat lähtivät alun perin hakemaan?
Koska teknologiaan panostetaan merkittäviä määriä, on hyvä huomata, etteivät kaikki alalla toimivat yritykset pelkästään pyri löytämään uutta disruptoivaa järjestelmää vaan tarjoavat ratkaisuja niiden tutkimiseen ja löytämiseen. Tästä hyvänä esimerkkinä on suomalainen startup Bluefors, joka tarjoaa yrityksille ”jääkaappeja”, jotka madaltavat lämpötilan kahden Kelvinin tasolle.
Koska alkeishiukkanen maailmassa liikutaan niin pienien yksiköiden parissa, mikä tahansa energiamäärä, tässä tapauksessa lämpö, saattaa häiritä teknologian kehittämistä. Tämän kaltaista teknologiaa Rigetti käyttää kvanttitietokoneissaan.
Vaikka siis itse kvanttiteknologia ei vielä tuota positiivista kassavirtaa, sijoittaja voisi kiinnostua muista ekosysteemissä toimivista yrityksistä.
Lue myös tämä: Tekoäly on uusi sähkö ja datatalous sen polttoaine (salkunrakentaja.fi)
