Kvanttiteknologia kuulostaa hyvin vaikeasti ymmärrettävältä asialta, mutta se on ala, joka tulee muuttamaan nykyistä teknologiaa, ja olemaan tärkeä useilla eri aloilla. Hyötyjä odotetaan niin terveydenhuollossa ja lääketeollisuudessa, kuin älyllisessä liikenteessä ja logistiikassa, ja kaikessa siinä välillä. Jyväskylän yliopiston uuden fysiikan professorin Juha Muhosen motivaatio on mahdollistaa kvanttiteknologian kehittyminen, ja samalla tutkia luonnon perusilmiöitä.

- Haluan ymmärtää, miten luonto toimii. Tutkimukseni kvanttisensoreiden ja kvanttitietokoneen komponenttien parissa tukee myös kvanttimekaniikan perustutkimusta. Taidan olla jonkinlainen tutkimusmatkailija, sillä haluan löytää uutta ja kun löydän uutta, kantaa se tunne pitkälle eteenpäin, iloitsee tuore fysiikan professori Juha Muhonen.

Piihin perustuvia kvanttiteknologioita

Hänen kokeellinen tutkimusryhmänsä yrittää selvittää, miten kvanttisensoreita ja kvanttitietokoneen komponentteja voitaisiin valmistaa käyttäen hyväksi piitä (Si). Pii ei ole materiaalina uusi, sillä puhelimien ja tietokoneiden komponentit on jo tehty piistä. 

- Pii on materiaali, jota voidaan tuottaa hyvin puhtaana, eivätkä mitkään epäpuhtaudet näin ollen aiheuta häiriöitä herkille kvanttikomponenteille. Lisäksi pii on jo nykyisen elektroniikan pohjamateriaali, mikä tarkoittaa sitä, että kvanttikomponentit voisivat hyödyntää jo olemassa olevaa teknologiaa hyväkseen ja niitä voitaisiin integroida helposti nykyiseen elektroniikkaan, kertoo Muhonen. Vaikka yksittäisten kvanttikomponenttien toiminta piissä on näytetty toteen, niiden toisiinsa kytkeminen kokonaisuuksiksi vaatii vielä toimivia ratkaisuja. Tavoitteenani onkin etsiä ratkaisu kvanttikomponenttien kytkemiseen, jatkaa Muhonen.

Kvanttitietokoneet ovat teknologian suurin lupaus

Maailmaa mullistavat kvanttitietokoneet liittyvät oleellisesti Muhosen kiinnostuksen kohteisiin. Vielä ei tiedetä tarkkaan mihin kaikkeen nämä supertietokoneet pystyvät, mutta niillä on suuria lupauksia.

- Erityisesti kvanttitietokone voi tulevaisuudessa mahdollistaa ihmiskunnan laskentakapasiteetin kehittymisen täysin uudelle tasolle, ja näin esimerkiksi biologisten prosessien tarkka mallinnus voisi tulla mahdolliseksi, kertoo Muhonen.

Kansainvälisesti tunnettu fysiikan tutkija

Muhonen on kotoisin pääkaupungin kupeesta Kirkkonummelta. Hän väitteli Aalto-yliopistosta professori Jukka Pekolan ohjauksen alaisena vuonna 2012. Tutkimusala oli vielä tuolloin jotain ihan muuta, mutta sattuman kautta Muhonen päätyi heti valmistumisen jälkeen kolmeksi vuodeksi Australiaan (the University of New South Wales) tutkimaan piikvanttisysteemejä.

- Olin oikeassa paikassa oikeaan aikaan, sillä Australiassa tehtiin vaikuttavaa ja kansainvälistä piikvanttisysteemien tutkimusta. Siellä ollessani tehtiin kyseisen tutkimuksen läpimurtoja ja kiinnostuin alasta enemmän, kertoo Muhonen.

Australian vuosien jälkeen Muhonen vietti vuodet 2015-2018 Hollannissa (AMOLF Nanophotonics center) jatkaen piikvanttisysteemien tutkimusta eri kulmasta. 1.8.2018 lähtien hän on toiminut apulaisprofessorina fysiikan laitoksella. Hänellä on tärkeä rooli sekä fysiikan laitoksella että nanotiedekeskuksessa. Hänelle on myönnetty arvostettu Euroopan tutkimusneuvoston (ERC) Starting Grant -rahoitus kvanttitietokoneessa tarvittavien komponenttien kehittämiseen vuonna 2019 ja Suomen Akatemian akatemiatutkijan rahoitus 2019. Muhonen on ollut tiedekunnan opiskelijarekrytointityöryhmän puheenjohtaja vuodesta 2020 lähtien, koordinoinut nanotiedekeskuksen puolesta Tutkijoiden yötä vuosina 2019-2021 sekä on fysiikan laitoksen työhyvinvointityöryhmässä jäsenenä. Tänä vuonna hän vastaa nanotiedepäivien järjestämisestä.

Jyväskylässä hyvät etenemismahdollisuudet

Muhonen valitsi Jyväskylän yliopiston, sillä Jyväskylässä on pitkät perinteet nanotieteissä. Nanotiedekeskuksen merkittävä infrastruktuuri, erityisesti puhdashuone, mahdollistaa kvanttisysteemien tutkimisen. Maailmassa ei ole montaa saman tasoista paikkaa työskennellä.

- Nanotiedekeskuksen infrastruktuuri on huipputasolla, ja poikkitieteellisyys on uniikkia. Suomessa vastaavia paikkoja ei ole muita ja maailmassakin vain muutamia. Jyväskylässä on ymmärretty nano- ja kvanttitieteiden merkitys ja panostettu infrastruktuuriin ja näin tehdään toivottavasti jatkossakin. Nanotiedekeskus on hieno poikkitieteellinen ympäristö, missä on helppo vuorovaikuttaa muiden motivoituneiden huippututkijoiden kanssa, jotka kaikki tekevät ainutlaatuista  tutkimustaan oman kiinnostuksen takia. Tämä luo erityisen työympäristön, kertoo Muhonen.

Kannustaminen tieteen ja fysiikan pariin

Tutkimus on Muhoselle sydämen asia. Hienoimpia hetkiä ovat ne, kun hän saa uuden tutkimusidean tai ongelma ratkeaa.

- On mahtavaa itse päättää, mitä voi tutkia ja toteuttaa omaa visiota. Tietysti työssä on mukavaa saada uusia tuloksia sekä kokeellisestä että teoreettisesti. Hauskaa on myös leikkiä kalliilla leluilla, tai siis tutkimuslaitteilla, nauraa Muhonen.

Muhosella ei juurikaan ollut kokemusta opettamisesta Jyväskylään saapuessaan. Hän kuitenkin kokee sen tärkeäksi tieteen jatkuvuuden kannalta. Se on hänelle myös mielekästä, sillä sekin on tavallaan tutkimista. Niin kuin tutkimuksessa myös opettamisessa on tärkeää, miettiä, miten asiat kannattaa opettaa ja mitkä asiat ovat tärkeitä. Tärkeintä hänen mielestään on kuitenkin kannustaa uusia tutkijoita tieteen pariin.

- Koulutukseen panostaminen on tärkeää, ettei tiedemiehet ja -naiset lopu kesken, naurahtaa Muhonen.

Vapaa-aika perheen parissa

Vapaa-ajan vietto ongelmia Muhosella ei ole. Hän osti alkukesästä puolisonsa kanssa talon Jyväskylästä ja on noin kuukauden ikäisen lapsen isä. Muhonen kuuntelee myös vapaa-aikanaan paljon äänikirjoja ja podcasteja, jotka liittyvät tieteeseen, teknologiaan ja tekoälyyn.

- Elämä on paljon muuttunut lapsen myötä. Kaikki työasiat unohtuvat mielestä, kun ottaa pienen lapsen syliin, hymyilee Muhonen.

Lisätietoa:

• Piipohjaiset kvanttiteknologiat -tutkimusryhmän sivut: https://www.jyu.fi/science/en/physics/research/materials-physics/quantum-technologies