Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

Tieteessä tapahtuu

Vaikuttaako havainto kohteeseensa?

Raimo Lehti

Published Sep 1, 2000• 0 citations
OpenAlex

Abstract

Kvanttimekaniikan varhaisvaiheesta alkaen nousi esille kysymys, vaikuttaako havaitseminen havainnon kohteeseen, ja jos vaikuttaa, niin millä tavalla. Kysymys herättää edelleenkin kiinnostusta, kuten esimerkiksi vast'ikään Tieteessä tapahtuu -lehdessä julkaistu artikkeli Kallio-Tamminen 2000 osoittaa. Seuraavassa esitän asiasta vain eräitä aivan elementaarisia ajatuksia, jotka fysiikan tutkijalle ovat itsestään selviä. Sen enempää matemaattisiin kuin "filosofisiinkaan" aspekteihin en puutu. Tarkastelen asiaa "tavallisen lukijan" kannalta, jolle jotkut asiasta esitetyt näkemykset kenties tuntuvat hieman häkellyttäviltä. Syynä tähän saattaa olla mm. se, että sanaa "havainto" käytetään tässä yhteydessä monessa mielessä, jotka eivät aina tunnu vastaavan sitä, mitä tavallinen lukija tuolla sanalla tarkoittaa.

Related papers

Opettajien ja opettajaopiskelijoiden kvantti-ilmiöitä ja -olioita kuvaavat mallit : tapaustutkimus

Mervi A. Asikainen

TiivistelmäTutkimuksen avulla selvitettiin, mitä malleja opettajat ja opettajaopiskelijat käyttävät selittäessään kvantti-ilmiöitä ja -olioita Joensuun fysiikan ja matematiikan laitoksen fysiikan opettajalinjan syventäviin opintoihin kuuluvan Modernia fysiikkaa opettajille -kurssin aikana.Käsiteltyjä kvantti-ilmiöitä ovat mustan kappaleen säteily sekä valosähköinen ja Comptonin ilmiö; kvanttiolioista tarkastellaan elektronia ja fotonia.Lisäksi tutkittiin, miten osallistujat kokevat kurssin ja käytetyn tavanomaisista yliopistofysiikan opetusmenetelmistä poikkeavan, osallistujien ennakkotietoa hyödyntäville tehtäville rakentuvan opetuksen lähestymistavan.Modernia fysiikka opettajille -kurssi toteutettiin tutkimuksen aikana kahdesti.Ensimmäiselle kurssille osallistuneista kahdeksasta opiskelijasta seitsemän opiskeli fysiikkaa ja yksi matematiikkaa pääaineenaan.Kurssi toteutettiin kontaktiopetuksena, jossa luentoja ja harjoituksia oli kuusi viikkotuntia yhdeksän viikon ajan.Toisen kurssin osallistujat olivat fysiikan pätevöittämiskoulutuksessa opiskelevia työssä olevia aineenopettajia.Opetus järjestettiin monimuoto-opetuksena, joka koostui kuukausittaisesta neljän tunnin lähiopetuksesta sekä etäopiskelusta.Kaikkineen kurssi kesti yhdeksän kuukautta.Tutkija toimi molempien kurssien opettajana.Tutkimustehtävän vastaukset muodostettiin tapaustutkimuksen tutkimustraditiota hyödyntävästi.Olihan tutkimuksen tavoitteena aineenopettajien ja opettajaopiskelijoiden kvanttifysiikan oppimisprosessien syvällinen ymmärtäminen.Tutkimuksessa raportoidaan kahden tapausopiskelijan ja kahden tapausopettajan oppimisprosessit.Näitä lähtökohdiltaan erilaisia tapausoppijoita haastateltiin 4-5 kertaa kurssin aikana, minkä lisäksi he osallistuivat esi-ja lopputesteihin.Aineiston analysointia varten audio-ja videonauhoitetut haastattelut digitoitiin ja litteroitiin.Oppijoiden esille tuomien käsitysten ja mallien analysointi suoritettiin fysiikan näkökulmasta käsin.Muodostetut tulokset osoittavat, että tutkimuksen kohteena olleet henkilöt eivät käyttäneet jäsentyneesti ja johdonmukaisesti tieteellisiä malleja.Usein oppijoiden kvantti-ilmiöiden ja -olioiden kuvaamiseen käyttämät mallit muodostuivat useiden erillisten mallien ominaisuuksista: mallit olivat niin sanottuja hybridimalleja.Erityisesti ongelmana vaikutti olevan klassisten ja kvanttimallien sekoittuminen, joten oppijoiden esittämien mallien voidaan sanoa olevan eriytymättömiä.Mallin soveltamisen vaikeudet saattoivat johtua mallin ja todellisuuden välisen suhteen ymmärtämisen ongelmista, ja myös mallista kohteeseen siirtyvien ominaisuuksien hahmottaminen osoittautui erääksi kvanttifysiikan oppimisen ongelmakohdaksi.Lisäksi oppijan aiemman klassisen ja kvanttifysiikan tiedon epäkoherenssi vaikeutti uuden tiedon omaksumista.Toimimattomista malleista tai periaatteista luopuminen näyttää olevan oppijalle vaativa prosessi, joka vaatii oppijalta omien mallien metatason tarkastelua.Aineenopettajien ja opettajaopiskelijoiden suhtautuminen kurssiin ja sen menetelmiin oli pääosin myönteistä.Opettajilta tehtävien varaan rakentuva opetus sai sekä kiitosta että moitetta: opetusmenetelmän koettiin positiivisessa mielessä pakottavan perehtymään opiskeltaviin aiheisiin, mutta se koettiin myös työlääksi.Sekä opettajat että opiskelijat korostivat omakohtaisen pohtimisen tärkeyttä kurssin aiheiden oppimisessa.Opettajaopiskelijat arvostivat myös opetuksen vaihtelevuutta.Tulokset osoittavat, että fysiikan opettajaopinnoissa ja täydennyskoulutuksessa on todellinen kvanttifysiikan erikoiskurssin tarve.Tutkimukseen osallistuneiden opettajaopiskelijoiden ja aineenopettajien kvantti-ilmiöiden ja -käsitteiden hallinta oli vaatimatonta tasoa aiempien, perinteisten kvanttifysiikan kurssien jälkeen, mutta se parani selvästi kurssilla.Tutkimuksen tulokset myös muistuttavat oppijoiden ennakkotiedon huomioimisen tärkeydestä opetuksessa.Fysiikan opintojensa loppuvaiheessa olevilla opiskelijoilla kuten myös kokeneilla opettajilla voi esiintyä tieteellisen näkemyksen vastaisia käsityksiä.Myös heidän aiempi sisältöä koskeva tietonsa voi olla puutteellista.Tutkimuksen mukaan myös vaikeana pidetyn kvanttifysiikan opetuksessa on mahdollista päästä hyviin oppimistuloksiin lähtemällä liikkeelle oppijoiden ennakkotiedoista, tukemalla oppijoiden metakognitiivisten taitojen kehittymistä ja huomioimalla fysiikan malliluonne.Mainittuja tekijöitä voidaan pitää myös yleisinä laadukkaan fysiikan opetuksen kulmakivinä.

•Dec 18, 2006•1 citation

Pienuus, kylmyys ja nopeus tieteessä : kvanttitietokoneista atomilasereihin

Päivi Törmä

Mihin tiede on menossa? Tämä kuulostaa vaikeasti vastattavalta kysymykseltä. Mutta itse asiassa tieteen ja teknologian kehityksessä on hyvin helposti nähtävissä tiettyjä suuntia: ollaan menossa kohti pienuutta, kylmyyttä ja nopeutta. Pienuuden saavutukset ovat tuttuja jokaiselle: esimerkiksi yhä pienemmät integroidut piirit, jotka antavat meille yhä nopeampia tietokoneita. Nopeus ja pienuus liittyvätkin usein yhteen. Sen sijaan kylmyyden saavutukset ovat vähemmän jokapäiväisiä: jäähdyttämällä ainetta muutamien asteiden tai asteiden osien päähän absoluuttisesta nollapisteestä on päästy näkemään kvanttimekaniikan ilmiöitä, joita on ennustettu jo miltei sata vuotta sitten, mutta joiden havaitseminen on mahdotonta korkeammissa lämpötiloissa.

Tieteessä tapahtuu•Jan 1, 2001•0 citations

Kvanttisalaus : Turvaprotokollat ja käytännön sovellukset

Taisto Tammilehto

Tämän kandidaattitutkielman tavoitteena on antaa yleiskatsaus kvanttisalauksesta. Tutkielmasta tekee merkittävän suomenkielisen kirjallisuuden puute kvanttimekaniikan sovelluksista, kvanttilaskennasta ja etenkin kvanttisalauksesta. Kvanttilaskennan yleistyessä klassiset salausmenetelmät joutuvat kohtaamaan uudenlaisia hyökkäysriskejä. Tutkielma osoittaa lukijalle miksi klassiset kryptografiset menetelmät eivät ole tehokkaita kvanttilaskennallisia menetelmiä vastaan. Tutkielmassa korostuu kvanttisalauksen tärkeys yhteiskunnassa tulevaisuuden tietoturvan takaamiseksi. Tämä kirjallisuuskatsaus tutkii kvanttisalausta yleisestä näkökulmasta ja pyrkii antamaan lukijalle kattavan kuvauksen kvanttisalauksesta syventymättä aiheen matemaattiseen perustaan. Kvanttisalaus on kansainvälisesti laajasti tutkittu aihe, josta on olemassa runsas englanninkielinen kirjallisuus. Tässä tutkielmassa kootaan yhteen kvanttisalausta käsittelevää kirjallisuutta ja vertaillaan kahta eri turvaprotokollaa. Tutkielmassa osoitetaan, kuinka kvanttimekaniikka on kytköksissä kvanttilaskentaan ja kvanttisalaukseen. Kvanttisalaukseen syvennytään tarkastelemalla kvanttikanavien toteutusta kvanttisalausjärjestelmässä. Turvaprotokollia vertaillaan keskenään ja lopuksi tarkastellaan BB84-turvaprotokollan implementointia kvanttisalausjärjestelmässä. Kvanttisalauksen toteutusta tutkimalla tämä kirjallisuuskatsaus antaa selkeän kuvan kvantti-salausjärjestelmistä ja niiden käytännön sovelluksista. Kvanttilaskentaa on tutkittu pitkään ja useat läpimurrot kuten Shorin ja Groverin algoritmit julkaistiin jo 1900-luvun loppupuolella. Kirjallisuuskatsauksessa tutkitaan tämän vuoksi niin vanhoja kuin uusiakin julkaisuja. Tutkielman tulokset osoittavat kvanttisalauksen olevan lupaava teknologia, joka voi mullistaa kryptografian alan tulevaisuudessa. Kvanttitietokoneiden mahdollinen vaikutus nykyiseen kryptografiseen infrastruktuuriin on vakava huolenaihe, joka ansaitsee laajaa huomiota. Viimeaikaiset hyökkäykset kuten psykoterapiakeskus Vastaamoon ja Helsingin kaupunkiin kohdistuneet tietomurrot osoittavat, että vihamielisistä tekijöistä ei ole puutetta. Tutkielman tulokset ilmaisevat tarvetta luoda selkeä suunnitelma nykyisen yhteiskunnan tietoturvajärjestelmien vahvistamiseksi kvanttilaskennan mahdollistamia hyökkäyksiä vastaan

•Jan 1, 2024•0 citations

Onttinen rakennerealismi ja fysikaalisen struktuurin puolustus: Metafysiikan rajausta vastaan

Olli-Oskari Niemelä

Metafysiikan tutkimuksessa on ollut vallalla pitkään Aristoteleeltä peräisin oleva standardinäkemys, jonka mukaan on olemassa partikulaarisia yksilöolioita ja olioiden intrinsisiä ominaisuuksia. 1900-luvulla fysiikan tieteen kehitys otti suuria edistysaskelia ja kvanttifysiikan tutkimus loi uuden fysiikan tutkimusparadigman. Nämä fysiikan tieteen vallankumoukset ajoivat standardinäkemyksen ristiriitaan kvanttifysiikan kanssa. Standardinäkemyksen metafysiikka myös ajautui hankaluuksiin yrittäessään selittää tieteellisten teorioiden suhdetta objektiiviseen todellisuuteen. Filosofi James Ladyman esitti onttisen rakennerealismin teorian vastatakseen näihin ongelmiin. Onttisen rakennerealismin mukaan olioita ei ole olemassa, vaan kaikki todellisuus on modaalista struktuuria. Struktuuri on standardinäkemystä selitysvoimaisempi kvanttifysiikan kysymyksissä. Onttinen rakennerealismi on siis tieteellisesti motivoitu teoria, joka ottaa huomioon fysiikan tieteen tuoreimmat teoriat. Kvanttifysiikan metafysiikkaan erikoistunut filosofi Steven French on esittänyt onttisen rakennerealismin struktuurin antavan selkeän käsityksen luonnonlaeista. Tutkielmani käsittelee onttisen rakennerealismin struktuurin metafyysistä luonnetta ja tieteellisen metafysiikan rajausta eli naturalistisen sulkeuman periaatetta. Aluksi pyrin antamaan laajan taustoituksen onttista rakennerealismia motivoivista metafysiikan ongelmista, teoreettisesta viitekehyksestä ja kyvystä vastata moniin standardinäkemykselle hankaliin metafysiikan ongelmiin. Esitän, että onttisen rakennerealismin struktuuri on usein virheellisesti ymmärretty Platonin idean kaltaiseksi universaaliksi entiteetiksi. Seuraavaksi tarkastelen, kykeneekö onttinen rakennerealismi antamaan tyydyttävää selitystä fysikaalisen struktuurin metafyysisestä luonteesta. Tämän jälkeen tarkastelen naturalistisen sulkeuman periaatetta ja sen vaikutuksia teorian metafyysiseen selitysvoimaan. Analysoin myös erilaisia metodologisia huomioita, joita onttinen rakennerealismi on tuonut metafysiikan keskusteluun. Johtopäätökseni on, että onttisen rakennerealismin tulisi hylätä naturalistisen sulkeuman periaate, koska se rajoittaa teorian metafyysistä selitysvoimaa ja teorian kehittymistä. Onttinen rakennerealismi on kuitenkin nostanut esiin tärkeitä metafysiikan metodologisia huomioita ja on syytä ottaa vakavasti standardinäkemyksen vastaisena teoriana. Esitän, että tulevaisuudessa onttista rakennerealismia tulisi kehittää metodologisempaan suuntaan.

•Jan 1, 2024•0 citations

Havaitsijan asema kvanttimekaniikan kööpenhaminalaisessa tulkinnassa

Tarja Kallio-Tamminen

Kvanttimekaniikan ns. Kööpenhaminan tulkinta edellyttää syvällisiä uudistuksia todellisuuskäsitykseen, kun taas kvanttimekaniikan myöhemmät tulkinnat ovat pyrkineet pitäytymään klassisen fysiikan perusoletuksiin kuten determinismiin, reduktionismiin ja syrjässä olevaan havaitsijaan. Tulkintojen välinen konflikti kulminoituu kvanttimekaniikan mittausongelmassa. Koko sitkeä ongelma häviää, jos ihminen nähdään Niels Bohrin tavoin evolutiivisena agenttina, joka voi osaltaan suunnata maailman irreversiibeleitä, palautumattomia prosesseja.

Tieteessä tapahtuu•Jan 1, 2000•0 citations

Kvanttipiirien kompleksisuusanalyysi

Koponen, Laura

Kvanttilaskenta on kasvava tieteenala, joka sai alkunsa 1980-luvulla. Viime aikoina sekä uusien algoritmien että kvanttitietokoneen realisaatioiden kehitys on ollut nopeaa. Kiinnostusta alaan ylläpitää tieto siitä, että suurimittaiset kvanttitietokoneet pystyisivät ratkaisemaan tiettyjä laskennallisia ongelmia nopeammin kuin mitkään nykyperiaatteilla toimivat tietokoneet. Kvanttitietokoneessa informaatio on tallennettu kvanttirekisteriin, joka koostuu kvanttibitteistä eli kubiteista. Rekisterin tilaa voidaan kuvata tilavektorilla. Mahdollisia laskenta-operaatioita voidaan puolestaan kuvata tilavektorin kertomisella unitaarisilla matriiseilla. Viime vuosina on kehitetty menetelmiä, joilla monen kubitin operaatiot eli portit saadaan hajotettua mahdollisimman lyhyeksi sarjaksi realisaatioissa toteutettavissa olevia yhden ja kahden kubitin alkeisportteja. Tehokkaiden laskenta-algoritmien kehittäminen on olennaista tulevaisuuden kvanttitietokoneiden hyödyntämisen kannalta. Tässä työssä on perehdytty erilaisiin mielivaltaisten monikubittiporttien hajotelmiin. Työssä esitellään muutamia uusia hajotelmia ja parannuksia entisiin. Lisäksi on tutkittu alkeisporttikirjaston kaksikubittiportin valintaa. Erityisesti on paneuduttu eri menetelmiin luokitella kaksikubittiportteja. Tähän liittyen työssä esitetään uusi, kaikki kaksikubittiportit kattava tehokkuusluokittelu.

•Jan 1, 2004•0 citations
Kvanttimekaniikan varhaisvaiheesta alkaen nousi esille kysymys, vaikuttaako havaitseminen havainnon kohteeseen, ja jos vaikuttaa, niin millä tavalla. Kysymys herättää edelleenkin kiinnostusta, kuten esimerkiksi vast'ikään Tieteessä tapahtuu -lehdessä julkaistu artikkeli Kallio-Tamminen 2000 osoittaa. Seuraavassa esitän asiasta vain eräitä aivan elementaarisia ajatuksia, jotka fysiikan tutkijalle ovat itsestään selviä. Sen enempää matemaattisiin kuin "filosofisiinkaan" aspekteihin en puutu. Tarkastelen asiaa "tavallisen lukijan" kannalta, jolle jotkut asiasta esitetyt näkemykset kenties tuntuvat hieman häkellyttäviltä. Syynä tähän saattaa olla mm. se, että sanaa "havainto" käytetään tässä yhteydessä monessa mielessä, jotka eivät aina tunnu vastaavan sitä, mitä tavallinen lukija tuolla sanalla tarkoittaa.
TiivistelmäTutkimuksen avulla selvitettiin, mitä malleja opettajat ja opettajaopiskelijat käyttävät selittäessään kvantti-ilmiöitä ja -olioita Joensuun fysiikan ja matematiikan laitoksen fysiikan opettajalinjan syventäviin opintoihin kuuluvan Modernia fysiikkaa opettajille -kurssin aikana.Käsiteltyjä kvantti-ilmiöitä ovat mustan kappaleen säteily sekä valosähköinen ja Comptonin ilmiö; kvanttiolioista tarkastellaan elektronia ja fotonia.Lisäksi tutkittiin, miten osallistujat kokevat kurssin ja käytetyn tavanomaisista yliopistofysiikan opetusmenetelmistä poikkeavan, osallistujien ennakkotietoa hyödyntäville tehtäville rakentuvan opetuksen lähestymistavan.Modernia fysiikka opettajille -kurssi toteutettiin tutkimuksen aikana kahdesti.Ensimmäiselle kurssille osallistuneista kahdeksasta opiskelijasta seitsemän opiskeli fysiikkaa ja yksi matematiikkaa pääaineenaan.Kurssi toteutettiin kontaktiopetuksena, jossa luentoja ja harjoituksia oli kuusi viikkotuntia yhdeksän viikon ajan.Toisen kurssin osallistujat olivat fysiikan pätevöittämiskoulutuksessa opiskelevia työssä olevia aineenopettajia.Opetus järjestettiin monimuoto-opetuksena, joka koostui kuukausittaisesta neljän tunnin lähiopetuksesta sekä etäopiskelusta.Kaikkineen kurssi kesti yhdeksän kuukautta.Tutkija toimi molempien kurssien opettajana.Tutkimustehtävän vastaukset muodostettiin tapaustutkimuksen tutkimustraditiota hyödyntävästi.Olihan tutkimuksen tavoitteena aineenopettajien ja opettajaopiskelijoiden kvanttifysiikan oppimisprosessien syvällinen ymmärtäminen.Tutkimuksessa raportoidaan kahden tapausopiskelijan ja kahden tapausopettajan oppimisprosessit.Näitä lähtökohdiltaan erilaisia tapausoppijoita haastateltiin 4-5 kertaa kurssin aikana, minkä lisäksi he osallistuivat esi-ja lopputesteihin.Aineiston analysointia varten audio-ja videonauhoitetut haastattelut digitoitiin ja litteroitiin.Oppijoiden esille tuomien käsitysten ja mallien analysointi suoritettiin fysiikan näkökulmasta käsin.Muodostetut tulokset osoittavat, että tutkimuksen kohteena olleet henkilöt eivät käyttäneet jäsentyneesti ja johdonmukaisesti tieteellisiä malleja.Usein oppijoiden kvantti-ilmiöiden ja -olioiden kuvaamiseen käyttämät mallit muodostuivat useiden erillisten mallien ominaisuuksista: mallit olivat niin sanottuja hybridimalleja.Erityisesti ongelmana vaikutti olevan klassisten ja kvanttimallien sekoittuminen, joten oppijoiden esittämien mallien voidaan sanoa olevan eriytymättömiä.Mallin soveltamisen vaikeudet saattoivat johtua mallin ja todellisuuden välisen suhteen ymmärtämisen ongelmista, ja myös mallista kohteeseen siirtyvien ominaisuuksien hahmottaminen osoittautui erääksi kvanttifysiikan oppimisen ongelmakohdaksi.Lisäksi oppijan aiemman klassisen ja kvanttifysiikan tiedon epäkoherenssi vaikeutti uuden tiedon omaksumista.Toimimattomista malleista tai periaatteista luopuminen näyttää olevan oppijalle vaativa prosessi, joka vaatii oppijalta omien mallien metatason tarkastelua.Aineenopettajien ja opettajaopiskelijoiden suhtautuminen kurssiin ja sen menetelmiin oli pääosin myönteistä.Opettajilta tehtävien varaan rakentuva opetus sai sekä kiitosta että moitetta: opetusmenetelmän koettiin positiivisessa mielessä pakottavan perehtymään opiskeltaviin aiheisiin, mutta se koettiin myös työlääksi.Sekä opettajat että opiskelijat korostivat omakohtaisen pohtimisen tärkeyttä kurssin aiheiden oppimisessa.Opettajaopiskelijat arvostivat myös opetuksen vaihtelevuutta.Tulokset osoittavat, että fysiikan opettajaopinnoissa ja täydennyskoulutuksessa on todellinen kvanttifysiikan erikoiskurssin tarve.Tutkimukseen osallistuneiden opettajaopiskelijoiden ja aineenopettajien kvantti-ilmiöiden ja -käsitteiden hallinta oli vaatimatonta tasoa aiempien, perinteisten kvanttifysiikan kurssien jälkeen, mutta se parani selvästi kurssilla.Tutkimuksen tulokset myös muistuttavat oppijoiden ennakkotiedon huomioimisen tärkeydestä opetuksessa.Fysiikan opintojensa loppuvaiheessa olevilla opiskelijoilla kuten myös kokeneilla opettajilla voi esiintyä tieteellisen näkemyksen vastaisia käsityksiä.Myös heidän aiempi sisältöä koskeva tietonsa voi olla puutteellista.Tutkimuksen mukaan myös vaikeana pidetyn kvanttifysiikan opetuksessa on mahdollista päästä hyviin oppimistuloksiin lähtemällä liikkeelle oppijoiden ennakkotiedoista, tukemalla oppijoiden metakognitiivisten taitojen kehittymistä ja huomioimalla fysiikan malliluonne.Mainittuja tekijöitä voidaan pitää myös yleisinä laadukkaan fysiikan opetuksen kulmakivinä.
Mihin tiede on menossa? Tämä kuulostaa vaikeasti vastattavalta kysymykseltä. Mutta itse asiassa tieteen ja teknologian kehityksessä on hyvin helposti nähtävissä tiettyjä suuntia: ollaan menossa kohti pienuutta, kylmyyttä ja nopeutta. Pienuuden saavutukset ovat tuttuja jokaiselle: esimerkiksi yhä pienemmät integroidut piirit, jotka antavat meille yhä nopeampia tietokoneita. Nopeus ja pienuus liittyvätkin usein yhteen. Sen sijaan kylmyyden saavutukset ovat vähemmän jokapäiväisiä: jäähdyttämällä ainetta muutamien asteiden tai asteiden osien päähän absoluuttisesta nollapisteestä on päästy näkemään kvanttimekaniikan ilmiöitä, joita on ennustettu jo miltei sata vuotta sitten, mutta joiden havaitseminen on mahdotonta korkeammissa lämpötiloissa.
Tämän kandidaattitutkielman tavoitteena on antaa yleiskatsaus kvanttisalauksesta. Tutkielmasta tekee merkittävän suomenkielisen kirjallisuuden puute kvanttimekaniikan sovelluksista, kvanttilaskennasta ja etenkin kvanttisalauksesta. Kvanttilaskennan yleistyessä klassiset salausmenetelmät joutuvat kohtaamaan uudenlaisia hyökkäysriskejä. Tutkielma osoittaa lukijalle miksi klassiset kryptografiset menetelmät eivät ole tehokkaita kvanttilaskennallisia menetelmiä vastaan. Tutkielmassa korostuu kvanttisalauksen tärkeys yhteiskunnassa tulevaisuuden tietoturvan takaamiseksi. Tämä kirjallisuuskatsaus tutkii kvanttisalausta yleisestä näkökulmasta ja pyrkii antamaan lukijalle kattavan kuvauksen kvanttisalauksesta syventymättä aiheen matemaattiseen perustaan. Kvanttisalaus on kansainvälisesti laajasti tutkittu aihe, josta on olemassa runsas englanninkielinen kirjallisuus. Tässä tutkielmassa kootaan yhteen kvanttisalausta käsittelevää kirjallisuutta ja vertaillaan kahta eri turvaprotokollaa. Tutkielmassa osoitetaan, kuinka kvanttimekaniikka on kytköksissä kvanttilaskentaan ja kvanttisalaukseen. Kvanttisalaukseen syvennytään tarkastelemalla kvanttikanavien toteutusta kvanttisalausjärjestelmässä. Turvaprotokollia vertaillaan keskenään ja lopuksi tarkastellaan BB84-turvaprotokollan implementointia kvanttisalausjärjestelmässä. Kvanttisalauksen toteutusta tutkimalla tämä kirjallisuuskatsaus antaa selkeän kuvan kvantti-salausjärjestelmistä ja niiden käytännön sovelluksista. Kvanttilaskentaa on tutkittu pitkään ja useat läpimurrot kuten Shorin ja Groverin algoritmit julkaistiin jo 1900-luvun loppupuolella. Kirjallisuuskatsauksessa tutkitaan tämän vuoksi niin vanhoja kuin uusiakin julkaisuja. Tutkielman tulokset osoittavat kvanttisalauksen olevan lupaava teknologia, joka voi mullistaa kryptografian alan tulevaisuudessa. Kvanttitietokoneiden mahdollinen vaikutus nykyiseen kryptografiseen infrastruktuuriin on vakava huolenaihe, joka ansaitsee laajaa huomiota. Viimeaikaiset hyökkäykset kuten psykoterapiakeskus Vastaamoon ja Helsingin kaupunkiin kohdistuneet tietomurrot osoittavat, että vihamielisistä tekijöistä ei ole puutetta. Tutkielman tulokset ilmaisevat tarvetta luoda selkeä suunnitelma nykyisen yhteiskunnan tietoturvajärjestelmien vahvistamiseksi kvanttilaskennan mahdollistamia hyökkäyksiä vastaan
Metafysiikan tutkimuksessa on ollut vallalla pitkään Aristoteleeltä peräisin oleva standardinäkemys, jonka mukaan on olemassa partikulaarisia yksilöolioita ja olioiden intrinsisiä ominaisuuksia. 1900-luvulla fysiikan tieteen kehitys otti suuria edistysaskelia ja kvanttifysiikan tutkimus loi uuden fysiikan tutkimusparadigman. Nämä fysiikan tieteen vallankumoukset ajoivat standardinäkemyksen ristiriitaan kvanttifysiikan kanssa. Standardinäkemyksen metafysiikka myös ajautui hankaluuksiin yrittäessään selittää tieteellisten teorioiden suhdetta objektiiviseen todellisuuteen. Filosofi James Ladyman esitti onttisen rakennerealismin teorian vastatakseen näihin ongelmiin. Onttisen rakennerealismin mukaan olioita ei ole olemassa, vaan kaikki todellisuus on modaalista struktuuria. Struktuuri on standardinäkemystä selitysvoimaisempi kvanttifysiikan kysymyksissä. Onttinen rakennerealismi on siis tieteellisesti motivoitu teoria, joka ottaa huomioon fysiikan tieteen tuoreimmat teoriat. Kvanttifysiikan metafysiikkaan erikoistunut filosofi Steven French on esittänyt onttisen rakennerealismin struktuurin antavan selkeän käsityksen luonnonlaeista. Tutkielmani käsittelee onttisen rakennerealismin struktuurin metafyysistä luonnetta ja tieteellisen metafysiikan rajausta eli naturalistisen sulkeuman periaatetta. Aluksi pyrin antamaan laajan taustoituksen onttista rakennerealismia motivoivista metafysiikan ongelmista, teoreettisesta viitekehyksestä ja kyvystä vastata moniin standardinäkemykselle hankaliin metafysiikan ongelmiin. Esitän, että onttisen rakennerealismin struktuuri on usein virheellisesti ymmärretty Platonin idean kaltaiseksi universaaliksi entiteetiksi. Seuraavaksi tarkastelen, kykeneekö onttinen rakennerealismi antamaan tyydyttävää selitystä fysikaalisen struktuurin metafyysisestä luonteesta. Tämän jälkeen tarkastelen naturalistisen sulkeuman periaatetta ja sen vaikutuksia teorian metafyysiseen selitysvoimaan. Analysoin myös erilaisia metodologisia huomioita, joita onttinen rakennerealismi on tuonut metafysiikan keskusteluun. Johtopäätökseni on, että onttisen rakennerealismin tulisi hylätä naturalistisen sulkeuman periaate, koska se rajoittaa teorian metafyysistä selitysvoimaa ja teorian kehittymistä. Onttinen rakennerealismi on kuitenkin nostanut esiin tärkeitä metafysiikan metodologisia huomioita ja on syytä ottaa vakavasti standardinäkemyksen vastaisena teoriana. Esitän, että tulevaisuudessa onttista rakennerealismia tulisi kehittää metodologisempaan suuntaan.
Kvanttimekaniikan ns. Kööpenhaminan tulkinta edellyttää syvällisiä uudistuksia todellisuuskäsitykseen, kun taas kvanttimekaniikan myöhemmät tulkinnat ovat pyrkineet pitäytymään klassisen fysiikan perusoletuksiin kuten determinismiin, reduktionismiin ja syrjässä olevaan havaitsijaan. Tulkintojen välinen konflikti kulminoituu kvanttimekaniikan mittausongelmassa. Koko sitkeä ongelma häviää, jos ihminen nähdään Niels Bohrin tavoin evolutiivisena agenttina, joka voi osaltaan suunnata maailman irreversiibeleitä, palautumattomia prosesseja.
Kvanttilaskenta on kasvava tieteenala, joka sai alkunsa 1980-luvulla. Viime aikoina sekä uusien algoritmien että kvanttitietokoneen realisaatioiden kehitys on ollut nopeaa. Kiinnostusta alaan ylläpitää tieto siitä, että suurimittaiset kvanttitietokoneet pystyisivät ratkaisemaan tiettyjä laskennallisia ongelmia nopeammin kuin mitkään nykyperiaatteilla toimivat tietokoneet. Kvanttitietokoneessa informaatio on tallennettu kvanttirekisteriin, joka koostuu kvanttibitteistä eli kubiteista. Rekisterin tilaa voidaan kuvata tilavektorilla. Mahdollisia laskenta-operaatioita voidaan puolestaan kuvata tilavektorin kertomisella unitaarisilla matriiseilla. Viime vuosina on kehitetty menetelmiä, joilla monen kubitin operaatiot eli portit saadaan hajotettua mahdollisimman lyhyeksi sarjaksi realisaatioissa toteutettavissa olevia yhden ja kahden kubitin alkeisportteja. Tehokkaiden laskenta-algoritmien kehittäminen on olennaista tulevaisuuden kvanttitietokoneiden hyödyntämisen kannalta. Tässä työssä on perehdytty erilaisiin mielivaltaisten monikubittiporttien hajotelmiin. Työssä esitellään muutamia uusia hajotelmia ja parannuksia entisiin. Lisäksi on tutkittu alkeisporttikirjaston kaksikubittiportin valintaa. Erityisesti on paneuduttu eri menetelmiin luokitella kaksikubittiportteja. Tähän liittyen työssä esitetään uusi, kaikki kaksikubittiportit kattava tehokkuusluokittelu.