Uutiset

Uusi ihmekubitti voi mullistaa kaupallisten kvanttitietokoneiden kehityksen

Aalto-yliopiston, IQM:n ja VTT:n tutkijat ovat kehittäneet uuden Unimon-kubitin, joka voi lisätä kvanttilaskennan tarkkuutta.
Artistic impression of a unimon qubit in a quantum processor. Credits: Aleksandr Kakinen.
Taiteellinen näkemys Unimon-kubitista kvanttiprosessorissa. Kubitin nimen on keksinyt Möttönen, pyrkien kuvaamaan sen avulla Unimonin monien hyvien ominaisuuksien yhdistelmää. Kuva: Aleksandr Kakinen.

Aalto-yliopiston, IQM:n ja VTT:n tutkijat ovat kehittäneet uuden Unimon-kubitin, joka voi lisätä kvanttilaskennan tarkkuutta. Ryhmä on toteuttanut ensimmäiset loogiset kvanttiportit eli Unimon-kubiteille tehtävät operaatiot jopa 99,9 prosentin tarkkuudella, mikä on tärkeä virstanpylväs kaupallisesti hyödyllisten kvanttitietokoneiden rakentamisessa. Tutkimustulos julkaistiin juuri Nature Communications -lehdessä.

Tällä hetkellä käytössä olevat kubittityypit ja tekniikat eivät ole vielä ole suorituskyvyltään riittäviä kvanttitietokoneiden käytännön sovelluksiin. Nyt on menossa kohisevien kvanttitietokoneiden aikakausi, mikä tarkoittaa, että laskuissa tapahtuu vielä paljon virheitä. Kvanttilaskujen pituutta rajoittavat enimmäkseen virheet yhden ja kahden kubitin kvanttiporteissa. Kvanttilaskutoimituksista on tehtävä nykyistä tarkempia, jotta ne ovat hyödyllisiä.

”Tavoite on pystyä tekemään operaatioita kvanttilaskutoimitusten virheistä huolimatta. Kvanttivirheiden korjaus tapahtuu vasta sitten kauempana tulevaisuudessa. Unimon-kubitti on virstanpylväs kvanttitietokoneiden rakentamisessa”, sanoo tutkimusta johtanut Aalto-yliopiston ja VTT:n professori Mikko Möttönen, joka on tutkijana myös IQM-yrityksessä.

Kokeellista tutkimusta varten tutkijat suunnittelivat ja valmistivat siruja, joista jokainen koostui kolmesta Unimon-kubitista. He käyttivät suprajohtavana materiaalina niobiumia lukuun ottamatta Josephsonin liitosta, joissa suprajohtavat johtimet valmistettiin alumiinista. Suprajohtavuus tarkoittaa, että sähkövirta kulkee materiaalissa täysin ilman vastusta.

Unimonissa yhdistyvät tutkijoiden mukaan useat suprajohtavan kubitin hyödylliset ominaisuudet. Ensinnäkin Unimonin rakenne on yksinkertainen, se koostuu vain yhdestä Josephsonin liitoksesta sähköisessä värähtelijässä.

Tutkijat mittasivat Unimon-kubitilla suhteellisen korkean epälineaarisuuden. Se tarkoittaa, että värähtelyn nopeus riippuu Unimonissa amplitudista eli värähdysliikkeen laajuudesta. Unimonin puhtaasti geometrisella induktanssilla eli kyvyllä vastustaa läpi kulkevan sähkövirran muutosta on mahdollista saavuttaa parempi ennustettavuus ja toistettavuus kuin aiemmin käytössä olleilla Josephson-liitosten ketjuihin perustuvilla superinduktansseilla.

"Koska Unimonilla on suurempi epälineaarisuus kuin nyt yleisesti käytössä olevissa transmoneissa, voimme tehdä sillä nopeampia operaatioita. Se johtaa harvemmin virheeseen operaatiota kohden", kertoo Eric Hyyppä, joka tekee väitöskirjatutkimusta IQM:ssä.

Kun tutkijat käyttivät kokeissa 13 nanosekunnin mittaista pulssia, he saavuttivat 99,8 tai 99,9 prosentin onnistumistodennäköisyyden kvanttiportille.

”Parhaimmillaan siis vain yksi kvanttiportti tuhannesta meni väärin”, Möttönen sanoo.

Unimon on myös täydellisesti epäherkkä hitaalle jännitekohinalle eli kubitti on kytkentöjensä vuoksi suojattu tasajännitteen muutokselta. Unimon ei ole myöskään häiriinny paikassa muuttumattoman magneettikentän vaihteluiden johdosta.

”Unimonit ovat yksinkertaisia, ​​ja silti niillä on monia etuja transmoneihin verrattuna. Ensimmäinen koskaan tehty Unimon toimii erinomaisesti, ja se mahdollistaa jatkossa kubitin optimointia ja suuria läpimurtoja. Seuraavaksi meidän pitää optimoida kubitin geometriaa, jotta saadaan vieläkin korkeampi suojaus kohinaa vastaan, ja myös toteuttaa kahden kubitin operaatioita”, sanoo Möttönen.

Eric Hyyppä teki diplomityötä Aallon tutkintoonsa kaksi vuotta sitten, jolloin Unimonin teoreettinen malli saatiin toimimaan. Hankkeelle saatiin Vaikuttavuussäätiön rahoitus, ja Aallon tutkijatohtori Suman Kundu työskentelee sen turvin sekä Aallossa että IQM-yrityksessä. Hyyppä taas tekee väitöskirjaa IQM:ssä. Mukana tutkimuksessa on lukuisia Aallon ja IQM:n työntekijöitä.

Lisätietoja:

Alkuperäinen englanninkielinen tiedote IQM:n sivuilla

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:

Lue lisää uutisia

Natal Mind voittajatiimi, kuva: Polar Bear Pitching
Palkinnot ja tunnustukset Julkaistu:

Hyppy kylmään veteen yhdistää avannossa pitchaamista ja synnytystä

Natal Mind -tutkimustiimi voitti Polar Bear Pitching -kilpailun viikonloppuna Oulussa. Synnytyslääkäri Aura Pyykönen kertoo, miltä tuntui pitchata jääkylmässä avannossa. Voittajatiimiin kuuluvat lisäksi Annika Järvelin, Riikka Lemmetyinen ja Henni Tenhunen Aallon tuotantotalouden laitokselta.
Jokimaisema, jossa taustalla aavikkoa. Välissä kulkee tie, jossa ajaa rekka-auto.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Tutkimus: Ihmisen toiminta ajanut maapallon makean veden kierron pois tasapainosta

Ihmisen toiminta on muokannut rajusti makean veden kiertokulkua maailmanlaajuisesti esiteolliseen aikaan verrattuna.
Kuva Maija Keskisestä
Yhteistyö, Opinnot Julkaistu:

Alumni Maija Keskinen: Pidän uusien asioiden oppimisesta ja kokeilemisesta

Alumnimme Maija Keskinen tiesi alusta saakka haluavansa opiskella taloustiedettä. ”Mielekäs työ on minulle merkinnyt sitä, että tunnen voivani palvella yhteiskuntaa ja tehdä oman osani, jotta julkisessa toiminnassa tehdyt päätökset perustuisivat mahdollisimman laadukkaaseen tietopohjaan”, Keskinen kertoo.
Lara Ejtehadian, Patrick Rinke, and Ilari Lähteenmäki sitting with coffee mugs and smiling to the camera.
Palkinnot ja tunnustukset, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Aalto-yliopiston avoimen tieteen palkinnon 2023 voittaja – Aalto Materials Digitalization Platform (AMAD)

Haastattelimme Aallon ensimmäisen avoimen tieteen palkinnon voittajia AMAD-tiimistä.