Taiteellinen näkemys mikroaaltolähteestä, joka ohjaa kubitteja.
Mikroaaltoinnovaatio lisää kvanttitietokoneiden tehoa
VTT:n ja Aallon tutkijoiden kubittien hallintaratkaisu auttaa kvanttikoneen jäähdyttämisessä.
17.12.2021
Teksti Esko Lukkari kuvat Aleksandr Kakinen.
Suomalaistutkijat ovat Aalto-yliopiston ja VTT:n johdolla kehittäneet kubittien hallintaan uuden ratkaisun. Se voi kasvattaa kvanttitietokoneiden laskennassa käytettävien kubittien määrää ja mahdollistaa siirtymisen pienempiin kryostaatteihin, joilla jäähdytetään prosessissa kuumenevia kvanttitietokoneita.
Isoja kvanttiprosessoreita hallitaan ajamalla mikroaaltosignaalien sarja kubitteihin eli kvanttibitteihin. Kubitin ohjaukseen käytettävä nopea mikroaaltosignaali kulkee kaapelia pitkin kryostaattiin eli superpakastimeen, jossa kvanttiprosessori sijaitsee.
Aalto-yliopisto tiedotti asiasta 15.12.
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.
Tehoa sata kertaa enemmän
”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”, sanoo tiimiä johtanut Aalto-yliopiston ja VTT:n professori Mikko Möttönen tiedotteessa.
Mikroaaltolähde toimii erittäin matalissa lämpötiloissa. Sen teho on sata kertaa aiempaa suurempi ja siksi riittävä kubittien hallintaan. Lisäksi mikroaaltolähteestä aiheutuvat virheet kvanttilaskentaan ovat vähäisiä.
Kun luodaan mikroaaltoja eli edestakaisin heilahtelevaa sähkövirtaa, se ei pysy täysin tarkasti 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.
Jatkotyötä tarvitaan
Jatkuvatehoista mikroaaltolähdettä ei voida käyttää sellaisenaan 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.