Aiheet

Käyttäjätiedot

Käyttäjä:
Maksullinen sisältö:
Omat tiedot Kirjaudu ulos
Tiede ja tekniikka

Suomalaistutkijoilta merkittävä askel kohti kvanttitietokonetta

Tavoite on tehdä mahdottomista tehtävistä mahdollisia, sanoo dosentti Mikko Möttönen.

Aalto-yliopiston QCD-laboratorio. Kuva: Mikko Raskinen / Aalto-yliopisto

Kvanttitietokoneen rakentaminen on yksi ihmiskunnan suurimmista haasteista, arvioi Aalto-yliopiston jyväskyläläislähtöinen dosentti Mikko Möttönen. Kvanttitietokone on ominaisuuksiltaan ylivertainen klassiseen tietokoneeseen verrattuna. Kyse ei ole kuitenkaan pelkästä laskentatehosta.

– Ajatus ei ole, että yritetään tehdä nopeampaa laskentaa. Pääpointti on tehdä mahdottomista tehtävistä mahdollisia, Möttönen sanoo.

– Esimerkiksi tiettyjen kemiallisten yhdisteiden mallinnusta ei voida tehdä klassisilla koneilla tarkasti, mutta kvanttitietokone pystyisi siihen.

Möttönen puhuu ”kvanttihyödystä” – koneesta, joka pystyisi ratkaisemaan käytännön ongelmia nopeammin, tarkemmin tai halvemmalla kuin nykyiset supertietokoneet.

Ajattelua laatikon ulkopuolelta

Yhden askeleen tässä mahdottomuuksien jalostamisessa mahdollisuuksiksi ovat nyt ottaneet Aalto-yliopiston ja Oulun yliopiston tutkijat. Arvostetussa Nature Physics -lehdessä tmaanantaina julkaistu artikkeli ”Broadband Lamb shift in an engineered quantum system” on Möttösen mukaan maailmanlaajuisesti merkittävä alallaan.

Tutkimus toteutettiin Suomen Akatemian koordinoimassa Kvanttiteknologian huippuyksikössä, joka sijaitsee Otaniemessä.

Kvanttitietokoneiden toiminta perustuu kubitteihin eli kvanttibitteihin. Jotta kvanttilaitteilla voidaan ratkaista käytännön ongelmia, tulee kubittien säilyttää energiatilansa mahdollisimman pitkään. Tästä syystä tutkijat ovat yleensä yrittäneet poistaa kvanttilaitteista energiahäviöt mahdollisimman hyvin.

Möttönen on lähestynyt tutkimusryhmänsä kanssa asiaa päinvastaisesta näkökulmasta.

– Ymmärsimme jo vuosia sitten, että kvanttitietokoneet tarvitsevat häviöitä toimiakseen tehokkaasti. Kaikkia häviöitä ei pidä poistaa, vaan olennaista on pystyä hallitsemaan niitä.

Taiteellinen näkemys kvanttimekaanisesta värähtelijästä kytkettynä ympäristöönsä. Kuva: Heikka Valja

Kvanttitietokoneissa värähtelijöitä

Tutkijat osoittavat artikkelissaan, kuinka he voivat halutessaan nopeuttaa häviöitä tuhatkertaisiksi korkealaatuisessa suprajohtavassa värähtelijässä. Värähtelijöitä käytetään kvanttitietokoneissa.

– Pääsääntöisesti kubitti halutaan pitää vähähäviöisenä, mutta laskennassa on myös hetkiä, jolloin halutaan paljon häviöitä. Jos kubittia eli koneen muistia halutaan nollata, fysiikan lait sanovat, että sitä ei voida tehdä ilman energiahäviötä, Möttönen selittää.

– Kehittämämme kvanttipiirijäähdytin mahdollistaa häviöiden hallinnan. Tätä tarvitaan tulevaisuuden kvanttitietokoneiden rakentamisessa, ja mielestämme muistin nollauksessa tämä jäähdytin näyttää parhaalta mahdollisuudelta.

Tutkimusartikkelin pääkirjoittajan Matti Silverin mukaan vielä merkittävämpi tutkimustulos löytyi kuitenkin yllättäen.

– Havaitsimme, että suprajohtavan värähtelijän taajuus siirtyi, kun kytkimme häviöt päälle. Tämä löydös vei meidät aikamatkalle seitsemänkymmenen vuoden taakse, Silveri sanoo.

– Tuolloin nobelisti Willis Lamb teki ensimmäiset mittauksensa vetyatomin energiatilojen pienistä siirtymistä. Tämä on ensimmäinen kerta, kun ilmiö on kokeellisesti havaittu rakennetuissa kvanttisysteemeissä.

Kyseessä Lambin siirtymä

Möttösen tutkijaryhmä ei osannut aluksi selittää, miksi värähtelijän energiatila siirtyi samalla kun piirijäähdytin kytkettiin päälle. Paljastui, että kyseessä oli niin sanottu Lambin siirtymä, joka nähtiin seitsemänkymmentä vuotta sitten vetyatomeissa.

– Fysiikan kannalta tämä löytö oli tutkimuksemme helmi, Möttönen toteaa.

Löydöllä on kuitenkin merkitystä myös kvanttitietokoneen rakentamisen kannalta.

– Kvanttitietokoneita rakennettaessa pienetkin energiasiirtymät voivat olla todella tärkeitä. Prosessori halutaan suunnitella erittäin tarkasti, ja siksi tämä siirtymä on oleellista ymmärtää.

Eetu Halonen
Tämä sisältö on avoinna tilaajillemme.

Haluatko lukea koko artikkelin?

Tilaa ESS VerkkoPlus 1 kk 9,90 € ja pääset lukemaan kaikki Etelä-Suomen Sanomien sisällöt.

Tilaa tästä 1kk
9,90€

Oletko jo tilaaja?

Mitä tunnetta juttu sinussa herätti? Vastaamalla näet, millaisia tunteita juttu herätti muissa lukijoissa.

Kommentit comments

Suosittelemme

Näitä luetaan nyt

Paikallismediat

Lue seuraavaksi