Aalto-yliopisto

EMBARGO 9.12. KLO 18.00 Uusi mikroaaltokeksintö voi lisätä kvanttitietokoneiden tehokkuutta

Jaa

Kvanttifyysikot onnistuivat rakentamaan kubittien ohjaukseen soveltuvan mikroaaltolähteen, joka toimii erittäin matalissa lämpötiloissa. Sen teho on sata kertaa aiempaa suurempi ja siksi riittävä kubittien hallintaan. Lisäksi mikroaaltolähteestä aiheutuvat virheet kvanttilaskentaan ovat vähäisiä.

Taiteellinen näkemys mikroaaltolähteestä, joka ohjaa kubitteja. Kuva: Aleksandr Kakinen.
Taiteellinen näkemys mikroaaltolähteestä, joka ohjaa kubitteja. Kuva: Aleksandr Kakinen.

Isoja kvanttiprosessoreita hallitaan ajamalla mikroaaltosignaalien sarja kubitteihin eli kvanttibitteihin. Kubitin ohjaukseen käytettävä nopea mikroaaltosignaali kulkee kaapelia pitkin kryostaattiin eli superpakastimeen, jossa kvanttiprosessori sijaitsee.

Nyt rakenteilla olevissa kvanttitietokoneissa on vain rajallisesti kubitteja. Kun kubittien määrä tulevaisuudessa kasvaa yli kymmeniin tuhansiin, loppuu tila jättimäisissäkin kryostaateissa, mikäli jokaista kubittia varten tarvitaan oma kaapelinsa. Vastaan tulee myös lämpöongelma: kryostaatti ei jaksa jäähdyttää kaapeleita.

Nyt suomalaistutkijat ovat Aalto-yliopiston ja VTT:n johdolla kehittäneet kubittien hallintaan uuden ratkaisun, joka voi auttaa kasvattamaan kvanttitietokoneiden laskennassa käytettävien kubittien määrää ja samalla mahdollistaa jopa siirtymisen pienempiin kryostaatteihin.

”Olemme rakentaneet tarkan mikroaaltolähteen, joka toimii kvanttiprosessorien kanssa samassa erittäin matalassa noin -273 asteen lämpötilassa. Uudesta mikroaaltolähteestä saadaan sata kertaa isompi teho kuin aikaisemmista vastaavista, ja se riittää tehon puolesta kubittien hallintaan eli kvanttilogiikan suorittamiseen”, tiimiä johtanut Aalto-yliopiston ja VTT:n professori Mikko Möttönen sanoo.

Mitä tarkempi, sen parempi

Kun luodaan mikroaaltoja eli edestakaisin heilahtelevaa sähkövirtaa, se ei koskaan täysin tarkasti pysy oikeassa taajuudessa. Mitä tarkemmin oikea taajuus pysyy, sitä paremmin se vastaa kubitin värähtelytaajuutta, ja sitä virheettömämmin haluttu kvanttioperaatio on mahdollista suorittaa.

”Uusi mikroaaltolähde tuottaa hyvin tarkasti siniaaltoa eli sähköä, joka heilahtelee yli miljardi kertaa sekunnissa. Mikroaaltolähteestä aiheutuvat virheet ovat hyvin vähäisiä, mikä auttaa tarkkojen loogisten kvanttioperaatioiden suorittamisessa”, Möttönen sanoo.

Koska kyseessä on jatkuvatehoinen mikroaaltolähde, sitä ei sellaisenaan voida käyttää kubittien hallintaan. Seuraavaksi on ratkaistava, miten mikroaallot saadaan muotoiltua pulsseiksi eli niin, että ne voidaan nopeasti kytkeä päälle ja pois päältä halutulla hetkellä. Uudesta ratkaisusta voi olla myöhemmin hyötyä myös kvanttisensoreissa, kuten kvanttitutkassa.

”Kvanttitietokoneen ja sensoreiden lisäksi mikroaaltolähde voi toimia kellona kaikille kylmille elektroniikkalaitteille. Se pitäisi eri laitteet samassa tahdissa, jotta ne voisivat suorittaa operaatioita usealle eri kubitille halutuissa aikaikkunoissa”, Möttönen sanoo.

Laitteen teho perustuu suprajohtavaan tuplaspiraaliin, joka pystyy muuttamaan tasajännitteen tarkasti halutulle mikroaaltotaajuudelle. Mikroaaltolähde on kokonaisuudessaan alle millimetrin kokoinen.

VTT:n tutkijat, etenkin nykyisin IQM-yrityksen laitteistojen kehitystä johtava Juha Hassel, vastasivat teoreettisesta analyysistä ja näytteen suunnittelusta. Laite rakennettiin VTT:llä ja tutkijatohtori Chengyu Yan ja muut Aalto-yliopiston tutkijat suorittivat kokeet kansallista OtaNano-tutkimusinfrastruktuuria hyödyntäen. Yan on nykyisin professorina Huazhongin teknillisessä yliopistossa Kiinassa. Tutkimukseen osallistuneet ryhmät ovat osa kansallista huippuyksikköä Quantum Technology Finland (QTF) ja kansallista kvantti-instituuttia (InstituteQ).

Linkki tutkimusartikkeliin

Avainsanat

Yhteyshenkilöt

Mikko Möttönen
Professori
Aalto-yliopisto ja VTT
puh. 050 594 0950
mikko.mottonen@aalto.fi

Kuvat

Taiteellinen näkemys mikroaaltolähteestä, joka ohjaa kubitteja. Kuva: Aleksandr Kakinen.
Taiteellinen näkemys mikroaaltolähteestä, joka ohjaa kubitteja. Kuva: Aleksandr Kakinen.
Lataa
Taiteellinen näkemys mikroaaltolähteestä, joka ohjaa kubitteja. Kuva: Aleksandr Kakinen.
Taiteellinen näkemys mikroaaltolähteestä, joka ohjaa kubitteja. Kuva: Aleksandr Kakinen.
Lataa

Linkit

Tietoja julkaisijasta

Aalto-yliopisto
Aalto-yliopisto
PL 18000
00076 AALTO

09 47001, viestinta@aalto.fihttp://aalto.fi

Aalto-yliopistossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Rakennamme kestävää tulevaisuutta saavuttamalla läpimurtoja avainalueillamme ja niiden yhtymäkohdissa. Samalla innostamme tulevaisuuden muutoksentekijöitä ja luomme ratkaisuja maailman suuriin haasteisiin. Yliopistoyhteisöömme kuuluu 12 000 opiskelijaa ja yli 4000 työntekijää, joista 400 on professoreita. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.  

Tilaa tiedotteet sähköpostiisi

Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Aalto-yliopisto

Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.

Tutustu uutishuoneeseemme