Uutiset

Kvanttiennätys: kubitti pysyi koherenttina millisekunnin ajan

Julkaistu: 8.7.2025

Kvanttilaskennan tehokkuusloikkaa ennakoivan tuloksen tekijät kannustavat muita tutkimusryhmiä toisintamaan kokeen.

Hehkuva kaksosprosessori pimeällä emolevyllä, futuristisia valotehosteita ja yksityiskohtaista piirikaavassa. — Taiteilijan näkemys transmon-kubitista kvanttiprosessorissa. Kuva: Alexandr Käkinen.

Heinäkuun 8. päivänä vuonna 2025 Aalto-yliopiston fyysikot julkaisivat tutkimuksen, joka ylitti merkittävästi aiemmat kubittien koherenssia mittaavat tulokset. Millisekunnin haamurajan ylittänyt mittaustulos on merkittävä loikka kvanttiteknologian kehityksessä, sillä aikaisemmissa samanlaisissa mittauksissa kubitit ovat pysyneet koherentteina vain 0,6 millisekuntia.

Kubitit ovat kvanttiteknologian rakennuspalikoita, joihin esimerkiksi kvanttilaskennan moninkertainen teho perustuu. Nykyisellään kubiteissa esiintyy paljon virheitä eivätkä ne toimi pitkään. Mitä kauemmin kubitti pysyy koherenttina, sitä enemmän kvanttitietokoneet ehtivät suorittaa laskutoimituksia. Pidempi koherenssiaika vähentää myös kvanttivirheiden korjaamiseen tarvittavia resursseja.

”Olemme juuri mitanneet transmon-tyyppiselle kubitille jopa millisekuntiin yltäneen koherenssiajan kaikumittauksessa. Ajan mediaani oli puoli millisekuntia”, sanoo väitöskirjatutkija Mikko Tuokkola, joka suoritti kokeen ja analysoi tulokset. Mediaaniarvo on erityisen tärkeä, sillä sekin ylittää kaikki aiemmat vastaavat tulokset.

Tutkimus on juuri julkaistu arvostetussa Nature Communications -lehdessä: https://doi.org/10.1038/s41467-025-61126-0

Tutkijat raportoivat löytönsä niin perusteellisesti kuin mahdollista, jotta tutkimusryhmät ympäri maailmaa voivat toisintaa kokeen.

Suomi kvanttikehityksen aallonharjalla

Aallossa Tuokkolan tutkimusta ohjasi tutkijatohtori Yoshiki Sunada. Hän myös valmisti ennätyksessä käytetyn kvanttisirun ja rakensi mittauslaitteiston.

”Onnistuimme toistettavasti valmistamaan korkealaatuisia transmon-kubitteja. Se, että tämä saatiin aikaan akateemiselle tutkimukselle tarkoitetussa puhdastilassa, on osoitus Suomen johtavasta asemasta kvanttitieteessä ja -teknologiassa”, sanoo nykyään Stanfordin yliopistossa Yhdysvalloissa työskentelevä Sunada.

Ennätyksellinen mittaustulos on Aalto-yliopiston Teknillisen fysiikan laitoksen Kvanttilaskennan ja -laitteiden -tutkimusryhmän ansiota. Ryhmä kuuluu Suomen akatemian Kvanttiteknologian huippuyksikköön ja Suomen kvanttilippulaivaan.

Tutkijat valmistivat kokeessa käytetyn kubitin Teknologian tutkimuskeskus VTT:n tekemän suprajohtavan filmin avulla. Lisäksi tutkijat hyödynsivät Suomen kansalliseen nano-, mikro- ja kvanttiteknologian tutkimusinfrastruktuuri OtaNanoon kuuluvia Micronovan puhdastiloja.

”Tämä tulos on merkkipaalu, joka vahvistaa Suomen johtavaa asemaa alalla ja laajentaa käsitystämme siitä, mitä tulevaisuuden kvanttitietokoneilla voi tehdä”, sanoo tutkimusryhmän johtaja, kvanttiteknologian professori Mikko Möttönen.

Kvanttitietokoneiden kehitys vaatii vielä loikkia monilla osa-alueilla. Tulevaisuudessa työn keskiössä on esimerkiksi kvanttilaskennan häiriöiden torjunta sekä kubittien lukumäärän kasvattaminen ja niiden koherenssiajan parantaminen. Tutkimusryhmään on juuri avattu haku kokeeneen tutkijan ja kahden tutkijatohtorin palkkaamiseksi, jotta näitä tulevaisuuden läpimurtoja saavutettaisiin nopeammin.

Neljä kaaviota, joissa näkyy tietojen analysointi: kaksi histogrammia ja kaksi pistekaaviota sovituslinjoineen. Käytetyt värit: sininen ja vihreä.

Aalto-yliopiston Quantum Computing and Devices (QCD) -tutkimusryhmän tuoretta dataa, joka osoittaa 2,9 gigahertzin taajuudella toimivan planaarisen transmonikubitin energian hajoamisaikojen T₁ [sininen väri kohdissa (b) ja (e)] ja kaikujen koherenssiaikojen T_2,echo [sininen väri kohdissa (a), (c), (d) ja (f)] mittaustulokset. Energian hajoamisaikojen ja kaikujen koherenssiaikojen mediaanit (vasemmassa ylä- ja keskipaneelissa) ovat noin puoli millisekuntia ja korkein tallennettu T_2,echo = 1,06 ms (vasemmassa alapaneelissa).

Kuva: Mikko Tuokkola/Aalto-yliopisto.

Lisätietoja:

We have a major effort on experimental low-temperature physics, but we also carry out computational and theoretical work down to fundamental quantum mechanics.

Department of Applied Physics

Otaniemen mikro- ja nanoteknologioiden infrastruktuuri OtaNano on kansallinen tutkimusinfrastruktuuri kilpailukykyisen tutkimuksen harjoittamiseen nanotieteiden ja -teknologian sekä kvanttiteknologioiden alalla.