Kvanttitutkimus|Kvanttitietokone tarvitsee kubitteja, jotka voivat laskea mahdollisimman pitkään. Kubitit romahtavat tärkeästä superpositiosta herkästi.
8.7. 12:00
Lue tiivistelmä
Tiivistelmä on tekoälyn tekemä ja ihmisen tarkistama.
Aalto-yliopiston fyysikot ovat pitäneet kvanttitietokoneen kubitin superpositiossa ennätyksellisen pitkään, millisekunnin ajan.
Saavutus on merkittävä, sillä kubitit yleensä pysyvät superpositiossa vain sekunnin kymmenestuhannesosia.
Tutkimus julkaistiin Nature Communications -tiedelehdessä ja se toteutettiin Aalto-yliopiston Kvanttilaskennan ja -laitteiden -tutkimusryhmässä.
Suomessa on käytössä joitakin kvanttitietokoneita, mukaan lukien VTT:n 50 kubitin kone.
Kvanttitietokoneiden haasteena on se, pystyykö laite laskemaan tarpeeksi kauan ilman, että sen laskentakyky romahtaa. Romahduksen syynä on se, että koneiden kubitit eli laskennan suorittajat eivät pysy niin sanotussa superpositiossa.
Nyt Aalto-yliopiston fyysikot ovat pitäneet kubitin superpositiossa eli toimintatilassa ennätyksellisen pitkään – millisekunnin eli sekunnin tuhannesosan.
Saavutus voi kuulostaa vähäiseltä, mutta millisekuntia on pidetty haamurajana. Yleensä kubitit pysyvät kokeen aikana superpositioissaan pikemmin sekunnin kymmenestuhannesosia.
Superpositio on se herkkä tila, jossa kubitti voi olla yhtä aikaa nolla ja ykkönen, toisin kuin tavallisen tietokoneen bitti, joka on ykkönen tai nolla. Superpositio on nopean laskennan edellytys, koska kone laskee silloin kaikki vaihtoehdot rinnakkain.
Kubitti kuitenkin romahtaa superpositiosta pienestäkin häiriöstä ennen aikojaan. Yksikin fotoni eli valohiukkanen väärässä paikassa esimerkiksi pilaa laskennan.
Kubitit romahtavat superpositiosta, kun laskenta on tehty ja tulos mitataan. Tulos saadaan perinteisesti ykkösenä ja nollina, vaikka laskenta tapahtuukin superpositiossa.
Vaikeaa on pitää useita kubitteja yhdessä superpositiossa. Yksittäinen kubitti pysyy siinä helpommin, kuten kokeessa.
Aallon tiedotteessa väitöskirjatutkija Mikko Tuokkola toteaa, että hänen kokeessaan paras kubitin kesto oli millisekunti. Useiden mittausten mediaani oli puoli millisekuntia, joka sekin oli hyvä tulos.
Aikaisemmissa tutkimuksissa kubitit ovat pysyneet niin sanotussa koherenssista enimmillään vain 0,6 millisekuntia.
Kokeessa ei tehty uudenlaista kubittia, vaan siinä käytettiin transmon-kubitista tehtyä versiota. Parikymmentä vuotta sitten kehitetty transmon on yleisin kvanttitietokoneissa.
Kubitti tehtiin Teknologian tutkimuskeskus VTT:n tekemän suprajohtavan filmin avulla. Kubitti rakentuu yleensä piikiekolle, jolle kuvioidaan ohuet sähköiset piirit valottamalla ja syövyttämällä. Se tehtiin VTT:n ja Aallon yhteisesti omistaman Micronovan puhdastiloissa.
Koe tehtiin professori Mikko Möttösen johtamassa ryhmässä, joka kuuluu Suomen akatemian Kvanttiteknologian huippuyksikköön.
Tuokkolan ohjaaja oli tutkijatohtori Yoshiki Sunada. Nyt Stanfordin yliopistossa työskentelevä Sunada teki kokeen kvanttisirun ja mittauslaitteiston. Sunada tuli Aaltoon Japanista laboratoriosta, joka on kehittänyt suprajohtavia kubitteja.
Tutkimus julkaistiin Nature Communications -tiedelehdessä.
Möttösen ryhmä on kehittänyt omaa kubittia, joka olisi suojatumpi kuin transmon. Ryhmän kubitti on ollut nopea, mutta häiriöiden kestävyys ei ole vielä ollut suhteessa yhtä hyvä.
Kubitteja voi tehdä monin tavoin. Suomalaiset ovat erikoistuneet huippukylmässä toimiviin sähköisiin värähtelijöihin. Myös transmon on rakenteeltaan Möttösen mukaan tällainen.
Näitä kubitteja viritellään mikroaaltofotoneilla, jotka saavat elektroniparit värähtelemään.
Maaliskuussa VTT otti käyttöön koneen, jossa on 50 kubittia. Sen kehittivät VTT ja kvanttitietokoneita tekevä IQM-yhtiö.
VTT:llä on kaksi kvanttikonetta, joissa on 5 ja 50 kubittia. Molemmat ovat tutkijoiden ja yritysten käytettävissä kvanttilaskennan algoritmien ja sovellusten kehittämiseen, VTT:ltä kerrotaan.
VTT kehittää IQM:n kanssa jo 300 kubitin konetta, jonka pitäisi valmistua 2027. Välitavoite on 150 kubitin kone ensi vuonna.