Singapore astelee etukenossa kvanttiaikaan

Singaporessa kvanttiteknologiaan valmistautuminen on monilla yhteiskunnan sektoreilla jo käynnissä. Tämä näkyy erityisesti rahoitusalalla, joka toimii kansantalouden ajurina ja joka sen vuoksi valmistautuu kvanttiaikaan etukenossa. Satsaukset kvanttiteknologiaan ovat määrätietoisia ja priorisointi perustuu realistiseen arvioon yhtä lailla kyvykkyyksistä kuin haasteistakin. Materiaalitieteissä Singaporesta on tullut globaali edelläkävijä ja odotettavissa on läpimurtoja. Olennainen osa Singaporen kvanttistrategiaa on kumppanuuksien ja ekosysteemien rakentaminen, ja siinä Euroopalla on kasvava rooli.

Singapore on tehnyt kvanttiteknologiasta keskeisen osan kansallista innovaatio- ja talousstrategiaansa, jonka suuntaviivat on kirjattu pääministerin kanslian tuottamaan RIE2030-suunnitelmaan. Singapore käynnisti vuonna 2024 kansallisen kvanttistrategian (National Quantum Strategy), jota rahoitetaan 200 miljoonalla eurolla viiden vuoden aikana. Tätä ennen kvanttiteknologiaan on investoitu jo noin 267 miljoonaa euroa vuodesta 2002 alkaen. Singaporen kvanttistrategiassa on neljä painopistettä: huippututkimus, teknologinen kehitys, osaajien koulutus sekä yritysyhteistyön ja ekosysteemin rakentaminen.
 
Kvanttialan toimintaa ja kehitystä koordinoi National Quantum Office (NQO), joka toimii tiede- ja teknologiavirasto A*STAR:in yhteydessä. Centre for Quantum Technologies (CQT), A*STAR, National University of Singapore (NUS) sekä Nanyang Technological University (NTU) muodostavat alan keskeisimmät tutkimusorganisaatiot. National Quantum Computing Hub (NQCH) toimii siltana tutkimuksen ja teollisten sovellusten välillä. Se keskittyy muun muassa kvanttilaskennan käytännön hyödyntämiseen, ohjelmistokehitykseen ja yritysyhteistyöhön.

Singaporella on tällä hetkellä tutkimuskäytössä yksi kvanttitietokone (20 suprajohtavaa kubittia) NQCH:n operoimana. Lisäksi maahan on tulossa toinen kvanttitietokone, Quantinuumin Helios-järjestelmä, jonka on määrä valmistua vuonna 2026. Kyseessä on yksi maailman kehittyneimmistä kaupallisista kvanttitietokoneista, jossa on 98 kubittia.

Arvoketjut siirtyvät komponenteista kohti ohjelmistokehitystä

Singaporen kvanttialan arvoketju rakentuu kansallisen kvanttitoimiston, NQO:n, ja kansallisen tiedesäätiön, NRF:n (National Research Foundation), koordinoiman strategian varaan. Noin 467 miljoonan euron kokonaispanostus kohdistuu koko arvoketjuun, mutta ohjelmien rakenteen perusteella painopiste on laitekehityksessä, komponenttikyvykkyyksissä ja kvanttiverkoissa, joissa Singapore on erityisesti kvanttiviestinnän osalta edelläkävijä.

Painopiste on kuitenkin siirtymässä kohti ohjelmisto- ja middleware-kerrosta, jota pidetään keskeisenä pullonkaulana kvanttiteknologioiden käytännön hyödyntämiselle. NQCH on käynnistänyt 16,7 miljoonan euron ohjelman middleware- ja algoritmikehitykseen, jolla tuetaan kvanttilaskennan kytkemistä klassisen suurteholaskennan resursseihin.

Rahoitusala etenee eturintamassa

Talous on Singaporen politiikkaa ohjaava indikaattori, ja rahoitusala on kansantalouden keskeinen ajuri, joten on luontevaa, että kvanttiteknologian implementointi on juuri rahoitusalalla etukenossa. Monetary Authority of Singapore (MAS) on suorittanut yhdessä pankkien kanssa salaustestejä (quantum key distribution) ja painottanut kvanttiturvallisen infrastruktuurin merkitystä. Samalla esimerkiksi OCBC ja HSBC tutkivat jo konkreettisia käyttötapauksia, kuten talousrikosten torjuntaa, portfolion optimointia, johdannaisten hinnoittelua ja riskimallinnusta. Finanssisektori toimii tiiviissä yhteistyössä tutkimusorganisaatioiden kanssa. Lyhyellä aikavälillä painopiste on eritoten kyberturvassa ja pidemmällä aikavälillä tavoitteena on hyödyntää kvanttilaskentaa laajemmin finanssialan analytiikassa ja päätöksenteossa.

Kvanttilaskenta ja generatiivinen tekoäly mullistavat syöpätutkimusta

Kvanttiteknologian odotetaan vaikuttavan terveydenhuollossa erityisesti lääkekehitykseen, täsmälääketieteeseen ja kuvantamiseen. Kvanttilaskenta voi tulevaisuudessa esimerkiksi nopeuttaa uusien lääkeaineiden kehitystä sekä mallintaa aiempaa tarkemmin proteiinien ja lääkemolekyylien vuorovaikutuksia, mikä voisi lisätä hoitojen osumatarkkuutta ja tukea yksilöllisten lääkkeiden kehitystä.

Singaporessa kvanttiteknologiaa kehitetään terveydenhuollon sovelluksiin varsinkin lääke¬kehityksen, molekyylisimuloinnin ja genomianalyysin alueilla. Yhtenä esimerkkinä A*STAR Bioinformatics -instituutin hanke, jossa yhdistetään kvanttilaskenta ja generatiivinen tekoäly syöpätutkimukseen. Projektissa hyödynnetään spatial omics -dataa ja tekoälyä uusien biomarkkereiden tunnistamiseen ja hoitovasteen ennustamiseen suoraan kudoskuvista. Tavoitteena on tehdä analyysista edullisempaa ja nopeuttaa prosessia erityisesti syöpätutkimuksessa. Hankkeessa on mukana useita suomalaisia tutkijoita.

Kvanttiteknologia tehostaa materiaalien kehitystä ja samalla hyötyy siitä 

Kvanttilaskenta voi mullistaa materiaalitieteen jo lähivuosina, sillä se mahdollistaa atomitason ilmiöiden tarkan simuloinnin. Materiaalien ominaisuudet, kuten kestävyys, johtavuus ja kemiallinen käyttäytyminen, perustuvat viime kädessä atomien ja elektronien välisiin kvanttimekaanisiin vuorovaikutuksiin, vaikka ne ilmenevätkin useiden rakenteellisten tasojen yhteisvaikutuksena. Kvanttilaskenta voi nopeuttaa uusien materiaalien suunnittelua, vähentää kokeellisen testauksen tarvetta ja ratkaista monimutkaisia optimointiongelmia esimerkiksi metamateriaalien kehityksessä.

Singapore on maailman johtavia maita materiaalitieteissä: NUS ja NTU sijoittuvat jaetulle toiselle sijalle globaalissa QS Subject 2026 -vertailussa. Kärkiyliopistot soveltavat ja kehittävät jo kvanttilaskennan työkaluja kvanttimateriaalien ja -sensoreiden kehitystyössä. Fokusalueina ovat puolijohdeteknologiat, kestävät materiaalit, biomateriaalit ja energian varastointi. Erityisiä vahvuusalueita ovat tekoälyavusteinen atomivalmistus, kvanttiviestintä, kvanttianturointi, kvanttikuljetus, kvanttipohjaiset siruteknologiat sekä fotoniset ja valo-aine-vuorovaikutusmateriaalit.

Suuret läpilyönnit edellyttävät kuitenkin kvanttitietokoneiden merkittävää kehitystä, erityisesti kubittien määrän kasvattamista ja laadun parantamista. Laajamittaiset vaikutukset riippuvat siis edelleen teknologian kypsymisestä. Kvanttilaskennan markkinan arvioidaan kasvavan miljardeihin dollareihin vuoteen 2030 mennessä, ja merkittävä osa tästä arvosta kohdistuu materiaaliteollisuuteen.

Pienuus tuo ketteryyttä, mutta asettaa myös haasteita

Singaporen kvanttikehitys painottuu infrastruktuurin, koulutuksen, kvanttiturvallisuuden ja sovellusten nopeaan rakentamiseen. Maa saa vuonna 2026 käyttöönsä 98 kubitin Helios-kvanttitietokoneen, joka on ensimmäinen laatuaan Yhdysvaltojen ulkopuolella ja mahdollistaa suoran pääsyn huipputason kvanttilaskentaan tutkimus- ja yrityskäytössä. Samalla kehitetään hybridilaskentaa yhdistämällä kvantti-, supertietokone- ja tekoäly-ympäristöjä. Lisäksi maassa rakennetaan uusia R&D-keskuksia, ja teknologian sovelluskohteita pyritään laajentamaan lääkekehitykseen, bioinformatiikkaan, rahoitusmallinnukseen ja optimointiin.

Singaporen kvanttialan keskeisiä haasteita ovat rajallinen osaajajoukko ja riippuvuus kansainvälisistä kumppanuuksista, joiden avulla maa täydentää puutteita osaamisessa, infrastruktuurissa ja laitteistossa. Lisäksi osa teknologia-alueista, kuten kvanttisensorit, ovat vielä varhaisessa kehitysvaiheessa, ja kaupallistaminen on yleisesti rajallista, sillä sovellukset ovat pitkälti tutkimus- ja pilotointitasolla. Ekosysteemin kehitystä rajoittavat myös esimerkiksi henkilöresurssien niukkuus ja tarve keskittyä valikoituihin osa-alueisiin. Singapore pyrkii vastaamaan osaajapulaan National Quantum Scholarships Scheme (NQSS) -ohjelmalla, jonka tavoitteena on kouluttaa sata maisteria ja sata tohtoria seuraavien viiden vuoden aikana.

Singapore rakentaa ekosysteemiään luotettujen kumppaneiden kanssa

Suomen ja Singaporen välinen kvanttiyhteistyö on jo käynnistynyt tutkimus- ja kehitystasolla. Systeemitason yhteistyö perustuu yhteistyöpöytäkirjaan (MoU), jossa VTT, CSC, IQM ja Singaporen National Quantum Office sopivat tutkimus- ja kehitysyhteistyön edistämisestä. Yhteistyön tavoitteena on kehittää kvanttiteknologian laitteistokomponentteja, algoritmeja ja sovelluksia sekä tehdä yhteistyötä suurteholaskennan ja kvanttiviestinnän aloilla.

Suomen sosiaali- ja terveysministeriö ja Singaporen terveysministeriö valmistelevat parhaillaan yhteistyöasiakirjaa, jossa on mukana genomidatan hyödyntämiseen ja analyysiin perustuvia ehkäisevän lääketieteen näkökulmia. Yhteistyötä tukee myös tieteellisen laskennan keskuksen, CSC:n, ja Singaporen kansallisen suurteholaskentakeskuksen, NSCC:n (National Supercomputin Center) sekä A*STAR IHPC:n (Institute of High Performance Computing) sopimuspohjainen yhteistyö.

Suomen lisäksi useat Euroopan maat ovat tiivistäneet yhteistyötä Singaporen kanssa kvanttiteknologioissa. Ranska rahoittaa tutkimushankkeita (CNRS) samoin kuin teollista yhteistyötä esimerkiksi neutraaliatomijärjestelmissä, piipohjaisissa spin-kubiteissa ja kryptatussa viestinnässä. Saksalla ja Singaporella on akateemisia ja strategisia yhteishankkeita kvanttiturvallisessa viestinnässä ja kvanttilaskennassa. Singaporen liittyminen Horisontti-ohjelmaan tulee avaamaan uusia rahoitusmahdollisuuksia alan TKI-yhteistyölle myös Suomen ja Singaporen välillä.
 

Niilo Karjalainen & Mika Tirronen
mika.tirronen(at)gov.fi