Aalto-yliopiston professori Mikko Möttönen kehittää tutkimusryhmänsä kanssa uudenlaista ratkaisua, jonka avulla mikroaaltopulssit voidaan jatkossa pitää millikelvinin eli -273 asteen lämpötilassa. Hanke on saanut Jane ja Aatos Erkon säätiöltä 1,5 miljoonan euron kolmevuotisen apurahan.

Yksi kvanttitietokoneiden kehityksessä suurimmista haasteista on se, että kvanttibitit eli kubitit ovat liian epätarkkoja. Tarvitaan siis tehokkaampaa kvanttivirheen korjausta, jotta kvanttitietokoneita voidaan tulevaisuudessa ottaa laajemmin käyttöön. “Tällä hetkellä näitä virheitä luetaan kvanttiprosessorista niin, että tieto tuodaan kaapeleita pitkin millikelvinin eli -273 asteen lämpötilasta huoneenlämpöön tavallisen tietokoneen prosessoitavaksi”, Möttönen kertoo.

Kun tavanomainen tietokone keksii, minkälaisesta virheestä on kyse, se lähettää ohjauspulssin kvanttiprosessorille takaisin superkylmään samanlaisia kaapeleita pitkin. Koko prosessi on aivan liian hidas, ja sinä aikana kubitteihin ehtii tulla lisää virheitä. Prosessissa tarvitaan erikoisia komponentteja, ja se on myös hyvin tehotonta ja kallista.

“Pidemmällä aikavälillä ajatuksemme on rakentaa itsenäisesti toimiva kvanttiprosessori, mutta kolmen vuoden aikana emme varmastikaan pääse vielä tähän tavoitteeseen. Ala on vielä lapsenkengissä, eikä takaisinkytkentöjä ole aiemmin tehty näin matalissa lämpötiloissa”, Möttönen pohtii.

Möttösen tiimin tavoitteena onkin rakentaa erillisiä komponentteja, ja saada vähintään kaksi tällaistä erillistä laitetta—esimerkiksi pulssilähde ja kubitin tilaa lukeva bolometri—toimimaan yhdessä kubitin kanssa matalissa lämpötiloissa. Kylmässä toimivan bolometrin osalta Möttösen ryhmä on jo päässyt aika pitkälle, mutta he haluavat edelleen parantaa sen lukutarkkuutta. “Kun lukupiiri on ihan vieressä, saadaan kubitit stabiloitua eli korjattua nopeasti. Pulssi ei koskaan näkisi huoneenlämpötilaa, ja se olisi siten näkymätön superpakastimen eli kryostaatin ulkopuolella’’, Möttönen sanoo.

Tutkimuksen pitkän aikavälin tavoitteena on rakentaa kokonaisuudessaan matalassa lämpötilassa toimiva pieni kvanttitietokone, jonka energian kulutus on nykykoneita paljon alhaisempi. Haastetta ratkaisemaan palkataan noin viisi uutta tutkijaa Aaltoon. Työ tehdään Suomen kansallista OtaNano-tutkimusinfrastruktuuria hyödyntäen. Myös VTT on mukana hankkeessa vastaamalla laitteiden valmistuksesta.

Virheenkorjaukseen pyrkii myös amerikkalainen Google äsken julkistetulla Willow-kvanttitietokonesirullaan ja kubittien määrän kasvattamisella. Möttösen mukaan he tosin lukevat pulssit huoneenlämmössä.“Me emme kilpaile yritysten kanssa korjaamalla virheitä, vaan haluamme osoittaa, että pystymme rakentamaan pienikokoisen itsenäisen kvanttiprosessorin, joka sitten suuremmassa mittakaavassa pystyisi korjaamaan näitä kvanttivirheitä”, Möttönen sanoo.

Lisää:  Aiemmat kvanttilaskentaa ja -tietokoneita käsitelleet uutiset Uusiteknologia.fi:ssä (LINKKI).

Kuvituskuva: Taiteilijan näkemys siitä, miten mikroskooppisen pientä bolometria (oikealla) voidaan hyödyntää kubittien (vasemmalla) erittäin heikon säteilyn havaitsemiseen Aleksandr Käkinen Aalto-yliopisto