Hariduse Infotehnoloogia Sihtasutuse IT Akadeemia 2020. a konkursil sai toetuse TÜ füüsika instituudi kvantarvutuse kursuste arendamise projekt. Selle raames luuakse laiale õppurite ringile mõeldud kvantarvutuse tehnoloogia aluskursus ning arendatakse spetsiifilise oskusi ka teistes seotud õppeainetes, keskendudes praktilisele kvantprogrammeerimisele.
Maailmas on käimas kvantrevolutsioon – kvantarvutite reaalne kasutuselevõtt – millest annavad tunnistust sagedased tehnoloogiauudised suurfirmade edusammudest. Google-i poolt hiljuti raporteeritud nn kvantüleolek tähendab seda, et kvantarvutid on ületanud klassikalise jõudluse piiri. Seoses sellega ennustatakse suuri muutusi mitmetes valdkondades, kus ülesande suuruse tõttu on klassikalise arvuti kasutamine võimatu.
Üheks olulisemaks rakenduseks lähituleviku kvantarvutites (nn NISQ computing) on kvantsüsteemide enda simuleerimine. Teaduse poolel puudutab see eelkõige kvantkeemiat ja tahkiseteooriat, tööstuses on selle väljundiks farmaatsia ja materjalitööstus. Märksõnadeks on siin uued ravimid ja materjalid, sh arendustöö pooljuhtidede vallas, senisest paremate akude ja päikesepaneelide loomine, kõrgtemperatuuriline ülijuhtivus, kus edusammud tooksid kaasa omaette tehnoloogilise hüppe. Kuid laiemalt otsitakse uusi rakendusi ka masinõppes, tehisintellektis, bioinformaatikas, finantstööstuses ja ka energeetikas.
Eesti valmisolek selle revolutsiooniga kaasa minna on seni olnud pigem tagasihoidlik, sest ei teadlaskonnas ega erasektoris pole tekkinud kogukonda, kes tunneks kvantarvutuse meetodeid ja oskaks neid rakendada erinevates valdkondades. Kuigi IKT valdkonnas on hiljuti loodud kõrgema taseme kursuseid kvantkrüptograafia ja -arvutamise vallas, on suur vajadus aluskursuse järele mitte-IKT erialadel, sest kvantarvutite lähirakendused saavad olema just nende juures. Kvantrevolutsiooniga kaasaminekuks oleks tarvis, et Eestis kasvaks olulisel määral spetsialistide hulk, kes tunnevad eriala meetodeid ning suudavad neid rakendada probleemide lahendamiseks nii uurimistöös kui arendustöös, nii ülikoolis kui tööstuses.
TÜFI juhitud projekti tähtsaimaks eesmärgiks on kvantarvutuse aluskursuse väljatöötamine mitte-IKT erialadele, aine LTFY.04.010 Kvantarvutuse alused: teooria läbi praktika (3 EAP) käivitub alates sügissemestrist 2020. Kursus avab kvantmaailma ukse laiale kuulajaskonnale ja viib nad minimaalse teoreetilise pagasiga võimalikult kiiresti praktilise kvantprogrammeerimise juurde. Seejuures on plaanis eelistada "Käed külge!" lähenemist, kus õpe toimub läbi praktiliste kvantprogrammeerimise harjutuste.
Lisaks võimaldab projekt soetada kvantsimulaatori, st suure jõudlusega tavalise serveri, kus vastava eritarkvara abil saavad üliõpilased läbi mängida kvantarvutusi kuni 28 kvantbitise "kvantarvuti" peal. Väikse, ca 20 kvantbitise päriskvantarvuti maksumus on praegu mitmetes miljonites eurodes. Samas arvestades tehnoloogia arengut peaks järgmise viie aasta perspektiivis kvantraudvara hinnatase juba märkimisväärselt langema. Nõnda on mõttekas alustada simulaatoriga, mille "kvantbittide" arv on umbes sama suur, ent maksumus väike võrreldes ehtsa kvantarvutiga.
Projektis täiendavaks tegevuseks on integreerida laiemalt kvantarvutuse tehnoloogia elemente kvantmehaanikaga seotud õppeainetesse. See annab mitmekülgsema pildi valdkonnast ja aitab üliõpilastel spetsialiseeruda valdkonna eri teemadele. Kavas on luua kvantarvutuse eri tahke tutvustavaid õpiobjekte näiteks füüsika, keemia ja materjaliteaduse bakalaureuseõpppekava kursustes LOFY.03.030 Rakenduslik kvantfüüsika ja LTFY.04.001 Kvantmehaanika ning füüsika magistriõppekava kursustes LTFY.05.001 Andmetöötlus ja teadusarvutused, LTFY.03.007 Rakendusfüüsika projekt, LOFY.03.034 Kvantarvuti ja kvantkrüptograafia. Mõistagi tekib üliõpilastel ka võimalus teha lõputöid kvantarvutuse alal.
Visiooni kohaselt peaks samm-sammult tekkima terviklik kvantsükkel TÜ õppekavades, kus peale aluskursuse läbimist on võimalik edasi liikuda ülalmainitud kõrgema taseme füüsika, keemia ja materjaliteaduse ainetele kvantfüüsika ning tulevikus ka kvantkeemia alal.