Uutiset

Suomen ensimmäinen kvanttitietokone rakennetaan superpakastimeen – 1 ja 0 ovat yhtä aikaa käytössä

Suomalainen työryhmä aloittaa kvanttitietokoneen rakentamisen. Aalto-yliopiston dosentti Mikko Möttösen työryhmä on saanut yhteensä 950 000 euron rahoituksen Teknologiateollisuuden 100-vuotissäätiöltä ja Jane ja Aatos Erkon säätiöltä.

Riittävän suurimuistista kvanttitietokonetta ei ole vielä onnistuttu rakentamaan missään. Nyt käynnistyvän kolmivuotisen projektin tarkoituksena on rakentaa pieni, muutaman kvanttibitin eli kubitin prosessori, jota voi tulevaisuudessa skaalata eli kasvattaa suuremmaksi.

Vastaavia prototyyppejä kehitellään parhaillaan monella taholla. Esimerkiksi IBM:llä on jo käytössä pikkuruinen kvanttiprosessori, jota kuka tahansa voi kokeilla internetin kautta.

Kvanttitietokoneiden odotetaan mullistavan maailman tietojenkäsittelyn. Suurimmalle osalle ihmisistä koko käsite on yhä vieras.

-Kvantti on yleisnimitys sille, kun mennään tarpeeksi pieniin energioihin. Silloin energian määrä ei olekaan enää jatkuva suure, vaan siihen tulee portaita, Möttönen taustoittaa.

Kvanttitietokoneen toiminta perustuu Möttösen mukaan siihen, että se ei voi ottaa mielivaltaisen pientä lisäenergiamäärää vastaan, vaan laskenta lähtee pienimmältä portaalta tai tasolta, joka hyppää seuraavalle tasolle, kun energiaa lisätään.

Nämä kaksi alinta porrasta – tai kvanttitilaa – ovat vähän kuin ykkönen ja nolla perinteisissä tietokoneissa. Toisin kuin nykyiset tietokoneet, kvanttitietokoneella on kuitenkin laskennan aikana molemmat vaihtoehdot käytössä.

-Jos bittejä on monta, niin kvanttitietokoneella on tietysti hirveän monta vaihtoehtoa, miten ne bitit voidaan kääntää, ja kaikki ne mahdollisuudet voivat olla kerralla koneen muistissa laskennan aikana, Möttönen selittää.

Kvanttitietokoneen pitäisikin Möttösen mukaan pystyä tulevaisuudessa suoriutumaan leikiten monista sellaisista laskutehtävistä, joiden edessä perinteiset supertietokoneet hyytyvät lähtökuoppiinsa.

IBM havainnollistaa kvanttitietokoneen mahdollisuuksia sivuillaan interaktiivisella kokeella, jossa tietokoneen on etsittävä oikea pelikortti neljän kortin joukosta. Perinteinen tietokone tarvitsee siihen enimmillään neljä yritystä, mutta IBM:n New Yorkissa sijaitseva kvanttiprosessori löytää oikean kortin yhdellä yrityksellä.

Möttönen käyttää esimerkkinä tehtävää, jossa tietokoneen on laskettava kauppamatkustajalle paras reitti sadasta eri kaupungista toiseen. Perinteinen tietokone jurnuttaa kaikki eri vaihtoehdot yksi kerrallaan päätyen lopulta parhaaseen, mutta kvanttitietokone tutkii eri reittejä yhtä aikaa ja oikea reitti löytyy paljon nopeammin.

-Kvanttimekaniikka sallii paljon enemmän kuin perinteisten tietokoneiden loogiset operaatiot. Kvanttitietokone voi tehdä oikopolkuja, eikä sen tarvitse siksi tehdä niin paljon töitä kuin perinteisen tietokoneen, Möttönen tiivistää.

Suomen ensimmäinen usean kubitin kvanttiprosessori rakennetaan Aalto-yliopiston tiloihin.

Möttösen mukaan hänen työryhmänsä työtä tukee Suomessa viime vuosikymmeninä tehty kansainvälisesti erittäin korkeatasoinen suprajohtavien sähköpiirien kehitystyö. Suprajohtavuus tarkoittaa ilmiötä, jossa sähkövirta etenee häviöttömästi, kun lämpötila lasketaan riittävän alhaiseksi.

Suprajohtavuus ei ole ainoa syy, minkä vuoksi Möttösen työryhmän suunnitteleman kvanttitietokoneen sydämeksi tulee kryostaatti, eli superpakastin, jossa kvanttilaitteen ja kvanttipiirijäähdyttimen sisältävä piisiru jäähdytetään lähelle absoluuttista nollapistettä.

-Toinen syy on se, että energiatasot mistä puhutaan, ovat hyvin lähellä toisiaan. Jos kvanttiprosessori käy kuumana, niin lämpöliike saattaa vaihtaa bitin vaikka ykkösestä nollaksi. Haluamme lämpöliikkeen niin pieneksi, että se ei lähde kääntelemään bittiä, Möttönen selittää.

Kuuma tieteenhaara

EU aloittaa ensi vuonna miljardin euron lippulaivahankkeen kvanttiteknologian kehittämiseksi jäsenvaltioiden ja yritysten kanssa.
Aalto-yliopistossa aloittaa vuodenvaihteessa Suomen Akatemian rahoittama kvanttiteknologian huippuyksikkö.
Ensimmäistä suomalaista kvanttiprosessoria rakentavassa työryhmässä on mukana tutkijoita Aalto-yliopistosta, Turun yliopistosta ja VTT:stä.

Asiasanat

Uusimmat