Suomalaistutkijat ovat onnistuneet rakentamaan mikroaaltolähteen, joka toimii samassa noin 273 miinusasteen lämpötilassa kuin kvanttiprosessorit.
Alle millimetrin mittaisen mikroaaltolaitteen teho on huomattavasti entisiä suurempi, joten sen avulla voidaan ohjailla kvanttibittejä eli kubitteja.
”Uudesta mikroaaltolähteestä saadaan sata kertaa isompi teho kuin aikaisemmista vastaavista, ja se riittää tehon puolesta kubittien hallintaan eli kvanttilogiikan suorittamiseen”, kertoo fyysikkotiimiä vetänyt Aalto-yliopiston ja VTT:n professori Mikko Möttönen tiedotteessa.
Suomalaisratkaisu voi auttaa kasvattamaan kvanttitietokoneiden laskennassa käytettävien kubittien määrää eli koneiden tehokkuutta.
Pärjätään pienemmillä pakastimilla
Isoja kvanttiprosessoreita hallitaan ajamalla kubitteihin mikroaaltosignaalien sarja. Kubitin ohjaukseen käytettävä nopea mikroaaltosignaali kulkee kaapelia pitkin kryostaattiin eli superpakastimeen, jossa kvanttiprosessori sijaitsee.
Rakenteilla olevissa kvanttitietokoneissa on kubitteja vain rajallisesti. Tulevaisuudessa kubittien määrä kuitenkin kasvaa kymmeniintuhansiin. Jos jokaista varten tarvitaan oma kaapelinsa, isoistakin kryostaateista loppuu tila. Kryostaatti ei myöskään jaksa jäähdyttää kaapeleita.
Suomalaiskeksinnön ansiosta on mahdollista ehkä jopa siirtyä pienempiin kryostaatteihin.
Vähän virheitä, lisää tarkkuutta
Kun luodaan mikroaaltoja eli edestakaisin heilahtelevaa sähkövirtaa, se pitää saada pysymään mahdollisimman tarkasti oikeassa taajuudessa.
Tähänkin on luvassa parannusta.
”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 laitteesta voi myöhemmin olla hyötyä myös kvanttisensoreissa, kuten kvanttitutkassa.
Kellona kylmille elektroniikkalaitteille
”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 kuvailee.
Uutuuslaitteen teho perustuu suprajohtavaan tuplaspiraaliin, joka pystyy muuttamaan tasajännitteen tarkasti halutulle mikroaaltotaajuudelle.
Tutkimusartikkelin julkaisi Nature Electronics -lehti.
(Kuva Aleksandr Kakinen) Taiteellinen näkemys mikroaaltolähteestä, joka ohjaa kubitteja.
Aiheesta aiemmin:
Suomen ensimmäinen kvanttitietokone on valmis käyttöön
Kvanttien voimin kohti uljasta uutta maailmaa
Kvanttitietokoneen rakentaminen etenee aikataulussa
Vuoden nuori tutkija rakentaa kvanttitietokonetta
Suomeen suunnitteilla ensimmäinen kvanttitietokone
