Miljoonarahoitus kvanttiteknologian kehitykseen Aalto-yliopistossa

Quantum Environment Engineering for Steered Systems (QUESS) –hankkeessa on tarkoitus kehittää menetelmiä kvanttimekaanisten laitteiden energiahäviöiden reaaliaikaiselle hallinnalle, jotta teknologiaa päästäisiin hyödyntämään käytännössä. Sovellusalueita ovat kvanttitietokoneen prosessorit sekä säteilyilmaisimet. Kvanttitietokonetta voidaan mahdollisesti käyttää tulevaisuudessa materiaali- ja lääkesuunnittelun sekä tekoälyn ja esineiden internetin toiminnan radikaaliin tehostamiseen.

‒ Suprajohtavat sähköpiirit ovat mahdollistaneet alkeellisten kvanttitietokoneiden rakentamisen.  Laitteiden vikasietoisuutta on saatu parannettua ja kvanttibitteihin perustuva kvanttikiihdytinkin on jo kaupallisesti saatavilla. Silti kvanttilaskennan tiellä on vielä monia vastaamattomia peruskysymyksiä, kuten kvanttibittien tarkka alustaminen, äärimmäisen tarkkojen loogisten operaatioiden toteutus ja kvanttitason virrankulutus, kuvailee Mikko Möttönen hankkeen haasteita.

Tavallinen digitaalinen bitti saa aina joko arvon nolla tai yksi. Kvanttibittiä eli kubittia taas operoidaan yksittäisten kvanttimekaanisten energiatilojen tarkkuudella, mikä madollistaa laskennan aikana kubitin arvot myös nollan ja ykkösen väliltä. Toisaalta yksittäiset energiatilat ovat erittäin herkkiä niiden ympäristöstä tuleville häiriöille, jotka helposti sotkevat kvanttilaskennan.

Kun kubitit eristetään ympäristöstään, häiriöitä saadaan poistettua, mutta ne pysyvät pitkään viritetyssä tilassa ja jäävät siksi luonnostaan kuumiksi. Kvanttitila tulisi saada jäähdytettyä juuri ennen laskentaa, jotta muistissa ei ole virheitä laskennan alussa. Tärkeää on myös tietää tarkasti miten paljon kvanttibittien kääntely vie energiaa laskennan aikana, ja kuinka paljon energiaa kaiken kaikkiaan laskentaan tarvitaan. Liiasta energiasta tulee päästä eroon, jotta laitteiston lämpeneminen saadaan hallintaan.

‒ Jos onnistumme ratkaisemaan nämä keskeiset vielä avoinna olevat kysymykset, joita tarvitaan tehokkaan ja laajamittaisen kvanttitietokoneen rakentamiseksi, olemme avanneet tien kvanttiteknologian suurelle vallankumoukselle, hän jatkaa.

Möttösen nyt saama tutkimusrahoitus on jo toinen henkilökohtainen eurooppalainen rahoitus, joka hänelle on myönnetty.  Euroopan tutkimusneuvoston, European Research Council, ERC, Consolidator Grant myönnetään huippututkijalle oman tutkimusryhmän vahvistamiseen ja menestyksekkään uran luomiseen Euroopassa. QUESS-hanke alkaa vuoden 2017 alussa. Tällä hetkellä Möttönen tekee kvanttifysiikan tutkimusta ERC:n Starting Grant –rahoituksella.

‒ Yhdistin vuosien varrella Kylmälaboratoriossa oppimiani tekniikoita suprajohtavan kvanttitietokoneen uusimpiin tuuliin. Tämä vakuutti ERC:n panelistit, että teen jotain täysin uutta ja tärkeää, Möttönen kertaa strategiaansa.

Möttönen on tähänastisessa tutkimuksessaan saavuttanut useita merkittäviä tuloksia kvantti-ilmiöiden tutkimuksessa. Viimeisimpinä ovat kokeellisesti ja teoreettisesti todennetut kvanttisolmut ja -monopolit sekä kvanttirajoittunut lämmönsiirto pitkillä matkoilla. 

Lisätietoja:

Mikko Möttönen, dosentti, tekniikan tohtori
Aalto-yliopisto
Teknillisen fysiikan laitos
[email protected]
m. +358505940950