Piiramatu arvutivõimsus ja termotuumaenergia kasutuselevõtt oleksid võrreldavad muutusega, mille tõi inimkonnale kaasa internet. Aga kas meil õnnestub lahti muukida universumi olemuse üks põhiküsimusi?

Mis ootab 2032. aastal ees tehnoloogiavallas? Seda prognoosivad Tartu ülikooli polümeersete materjalide tehnoloogia professor Alvo Aabloo, Tartu ülikooli kõrge energia füüsika professor Martti Raidal ja tudengisatelliidi projekti eestvedaja, optilise metroloogia dotsent Mart Noorma.

Hüpe arvutivõimsuses

1965. aastal pani Inteli kaasasutaja Gordon Moore kirja seaduse, mis kuni tänaseni on arvutitööstuses oma paikapidavust tõestanud. Mikrokiibil olevate transistorite arv kahekordistub iga kahe aasta järel – nii kõlab Moore’i seaduse nime all tuntud ennustus.

Selle seaduse lõplik piir peaks ette tulema veel sel kümnendil, sest transistori mõõtmeid ei ole võimalik lõputult vähendada.

Mis ootab arvutimaailma pärast seda?

Alvo Aabloo sõnul on vägagi tõenäoline, et aastaks 2032 on olemas kvantarvutid. Erinevalt meile tänapäeval tuttavatest arvutitest töötavad kvantarvutid kvantmehhaanika seaduste alusel, kasutades superpositsiooni ja põimumist. Tavalise arvuti mälu põhineb bittidel, millest igaühe väärtus on null või üks. Kvantarvuti mälu põhineb kvantbittide jadal. Üks kvantbitt võib tähistada nulli, üht või ükskõik millist nende superpositsiooni.

«Kui kvantarvutid on olemas, siis on inimkonna käes praegusega võrreldes kujuteldamatult suurem arvutusvõimsus ning on selge, et Moore’i seadus kehtib endiselt,» märgib Aabloo.

Raidali sõnul pole täna teadusajakirjades esitletavad esimesed katsetused kvantarvutite alal veel isegi kvantarvuti prototüübid. Praegu on kvantarvuti veel fundamentaaluuringute objekt.

«Aga võib juhtuda, et arvutustehnika, mis meil praegu on laua peal, tundub 20 aastat hiljem väga primitiivne. See ei pea minema nii, et esmalt ehitatakse majasuurune arvuti ja paarikümne aastaga muutub see sülearvutiks. Kui läbimurre toimub, siis võib areng minna väga kiiresti,» seletab ta.

Teaduses on ridamisi probleeme, mille lahendamine seisab selle taga, et puuduvad arvutusmeetodid ning pole ka piisavalt arvutusvõimsust.

«Kui tekivad kvantarvutid, millel on supervõimsus, siis meie võime maailmast aru saada arvutisimulatsioonide abil muutub tohutult,» ennustab Raidal.

Ta toob näiteks universumis tumeaine paiknemise simulatsioonid, mida ka täna arvutite abil teha üritatakse, kuid arvutivõimsust napib ning seetõttu on need simulatsioonid väga algelised. Samamoodi üritatakse simuleerida arvuti abil inimaju ja rakkude vahel toimuvaid protsesse, kuid probleem on sama – arvutid ei vea välja.

Samas tähendaks ülivõimsate arvutite tulek Raidali sõnul, et kogu tänane info salastamine ja salasõnade süsteem lendab prügikasti. Kui arvutivõimsust on piiramatult, siis saab kõiki koode suhteliselt hõlpsalt lahti murda.

Kui tekivad kvantarvutid, millel on supervõimsus, siis meie võime maailmast aru saada arvutisimulatsioonide abil muutub tohutult. – Martti Raidal

Õhus on lubadus, et ülesanne, mille kallal tavaline arvuti ragistaks paar aastat, oleks kvantarvutile lahendatav paari sekundiga. Seega tuleb ka saladuste hoidmisel kasutusse võtta kvantkrüptograafia, mis lähtub kvantmehaanikast.

Päike Maa peal

Kui arvutivõimsuses võib oodata suurt läbimurret, siis energiatootmises võiks samasuguse muutuse tuua termotuumaenergia. Piltlikult on tegu Päikesel toimuvate termotuumareaktsioonide matkimisega Maa peal, kontrollitud tingimustes.

Termotuumareaktsioonis ühinevad kerged aatomituumad raskemateks tuumadeks, vallandades suurel hulgal energiat. Ühinemine saab toimuda väga kõrgete temperatuuride – kümnete miljonite kraadide juures. Siin peitubki põhiküsimus: milline on keskkond, kus sellist tehislikku päikest saaks n-ö purgis hoida?

Euroopa Liit, India, Venemaa, Lõuna-Korea, Hiina, Jaapan ja USA on ühinenud konsortsiumi ITER. Aastal 2027 peaks Lõuna-Prantsusmaal tööle hakkama esimene termotuumareaktor. See oleks esimene samm selles suunas, et inimkond saaks enda kätte peaaegu ammendamatu energiaallika.

Aabloo sõnul võib aga lisaks sellele ette näha, et päikeseenergiat kasutatakse aastal 2032 rohkem, kuna seegi on lõputu ressurss.

«Praegu on juba olemas väikeste, külmkapisuuruste tuumajaamade projektid. Selline jaam võib olla näiteks garaažis, toodad sellega enda majapidamisele elektrit, kui endal vaja ei lähe, siis ülejäägi müüd võrgus maha,» ütleb ta.

See omakorda võiks tähendada, et senine energiasüsteem muutub oluliselt. «Eesti Energiast saab võrguettevõte, kes ise võib-olla enam üldse elektrit ei tooda, aga kelle võrgus kõik oma ülejääke jagaksid,» ennustab Aabloo. Võrgust pääsu ei ole, süsteemi tasakaalustamiseks on see endiselt hädavajalik.

Aabloo sõnul võib see tähendada, et energiavõrk meenutab internetti, kus on võimalik üleliigsest vabaneda või vajadusel juurde hankida. «Kui kreissaag on vaja käima panna, siis selleks saab võrgust elektrit juurde,» toob ta näite.

Küsimuste küsimus

2012. aasta kesksuvel teatasid füüsikud, et osakeste standardmudeli ainus puuduv lüli – Higgsi boson – on Šveitsi ja Prantsusmaa piiril töötava osakestekiirendi Suure Osakeste Põrguti abil leitud. Higgsi boson annab kõigile teistele osakestele massi. Maailma kalleimat teaduseksperimenti oli saatnud edu.

Kuid veelgi suuremad küsimused ootavad vastuseid.

«Praegu on kõige fundamentaalsem küsimus universumi massist. Nüüd me teame kindlalt, et 95 protsenti universumi massist on meile täiesti tundmatu,» ütles Raidal.

Kõik meile nähtav universumis, alates rohuliblest kuni hiiglaslike galaktikasüsteemideni, moodustab universumi massist kõigest neli protsenti.

Universumi massist 95 porotsenti jaguneb kahe müstilise aine vahel. Tume energia moodustab universumi massist umbes 74 protsenti, selle vastand ehk tumeaine umbes 21 protsenti.

Kui tume energia lükkab universumi laiali, siis tumeaine püüab vastupidiselt seda koos hoida.

Hetkeseis on Raidali sõnul selline, et juba leidub mingeid mõistlikke teooriaid tumeaine kohta, aga tumeenergia kohta puuduvad isegi need.

«20 aastat on täiesti mõistlik ajaperspektiiv selleks, et praegu täiesti tundmatu, ainult fundamentaaluuringute objekt võib 20 aasta pärast tuua läbimurdeid sealt, kust me ei oska isegi praegu arvata,» märgib ta.

«Ma ei usu, et seda osatakse kasutada, aga võib-olla on juba olemas mingid teooriad või lähenemine, kuidas tumeainet saaks tavaelus kasutada,» lisab Raidal.

Kas võiks küsida, kas me hakkame kunagi tumeainet kaevandama ja enda huvides ära kasutama?

«Kui kaevandamine panna jutumärkidesse, siis jah. Kuidas tumeainet hoida ja mida sellega teha, ei ole üldse selge,» sõnab Raidal.

Esimese sammuna on tarvis teada saada, mis on tumeaine, millised on selle omadused. Sealt edasi tekib loomulikult küsimus, kas seda saaks kuidagi ära kasutada.

«Kui tumeaine interakteerub meiega ainult gravitatsiooniliselt, siis on tulemus see, et seda ei saagi kasutada. Mine tea. Sealt võib tulla selline läbimurre, mida me ei oska praegu isegi arvata. Seda, et aidsiravimit on tarvis, teab igaüks. Mis tuleb tumeainest, seda ma ei oska praegu öelda,» nendib Raidal.

Selgust peaksid tooma uued kiirendieksperimendid. Suure Hadronite Põrguti töö on kavandatud jätkuma veel kümme aastat. Lisaks sellele on Euroopa tuumauuringute keskus CERN juba käivitanud uuringud, kas ja milline osakestekiirendi tuleks ehitada järgmisena. Uue kiirendi valmimist võiks oodata umbes paarikümne aasta pärast.

Siht: kosmos

Kõike ei saa teha maa peal, aina enam kolivad fundamentaalfüüsika eksperimendid kosmosesse.

Võib juhtuda, et erasektor teeb kosmosetehnoloogias nii suuri asju, et me võime turistidena Kuule lennata. – Mart Noorma

«Seda saab olema järjest rohkem. Väga suurt täpsust nõudvad eksperimendid või kus on tarvis väga pikki distantse – gravitatsioonilainete mõõtmise detektorid, samuti tumeaine ja tumeenergia eksperimendid,» toob Raidal näiteid.

Kuid aastal 2032 võime näha kosmoses sootuks rohkem liiklust.

Mart Noorma ütleb, et praegu on käimas nanosatelliitide revolutsioon: satelliidi kosmosesse saatmine on muutunud nii kättesaadavaks, et seda saab lubada endale sisuliselt iga korralik ülikool maailmas. See omakorda on kasvupinnas paljude erialade spetsialistidele, kelle kõigi huviks on kosmos.

«Sealt võib tulla samalaadne idufirmade buum nagu me oleme näinud infotehnoloogias,» ütleb ta.

Infotehnoloogiamaailmas suuri kasumeid teeninud ärimehed käivad samuti ringi, pilk kosmosesse suunatud. Nad investeerivad kosmoseprojektidesse, silme ees kaugem eesmärk sealtki korralik kasum teenida.

«Võib juhtuda, et erasektor teeb kosmosetehnoloogias nii suuri asju, et me võime turistidena Kuule lennata. Kuu-turism on reaalsus, maailmas on täiesti piisav hulk inimesi, miljoneid, kes oleks valmis maksma üle 100 000 euro kosmilise puhkuse eest, poole nädala kuni nädalase reisi eest,» ennustab Noorma.

Kui see summa tundub üle mõistuse palju, siis lohutab ta: kunagi olid ka mobiiltelefonid üle mõistuse kallid, kosmoses oleme väga lähedal sellele, et tuleks läbimurre.

Mis puutub maapealset reisimist ja transporti, siis Aabloo sõnul on aastal 2032 transpordis väga palju kasutuses juhita autosid. Kodud on samuti suures osas automatiseeritud. Palju on seadmeid, mis oskavad aru saada meie žestidest. Võib-olla saab tark pliit aru, kas potti on pandud keema muna või kartulid.

Kuid...

Aabloo sõnul ei ole aastal 2032 põhiküsimus mitte selles, kes pitsat teeb, kuidas see koju saab, kas masin toob ise kohale või teeb kodus valmis, vaid pigem selles, kuidas ühiskond tehnoloogiaga toime tuleb.

Ühes on Aabloo veendunud: töö ei kao kuhugi.

«Keegi peab endiselt asju välja mõtlema, aga töö muutub suuresti hobiks ja palju töökohti on sel ajal nn sotsiaalsed töökohad. Kahjuks,» märgib ta.