Maailmalta saapuu ihmettelijöitä VTT:lle Espoon Otaniemeen, jossa päivitetään parhaillaan maan suurinta kvanttitietokonetta. Vaikka kvanttisirun kubitit ovat niin pieniä, ettei niitä voi nähdä, vieraat pääsevät ihmettelemään lasin läpi koneen kuoria.
– Voitte kuvitella, kuinka tyytyväisiä tutkijat ovat, kun vieraat kuvaavat kryostaatteja, ja se, mitä me kehitämme, on sen sisällä piilossa, VTT:n mikroelektroniikan ja kvanttiteknologian vetäjä Piia Konstari virnistää.
Kryostaatit ovat huipputehokkaita pakastimia, joiden avulla kvanttisiru saadaan jäähdytettyä asteen sadasosan päähän absoluuttisesta nollapisteestä. Jäähdyttäminen on välttämätöntä, jotta sirua pystytään hyödyntämään.
Kvanttitietokone sijoitetaan usein rakennusten kellarikerrokseen ja siellä kattoon. Kun suojakuori riisutaan pois, sen kullatut kupariosat paljastuvat ja säihkyvät valossa.
– Kryostaatti, jonka sisällä kvanttiprosessori sijaitsee, ei roiku katosta siksi, että se olisi kattokruunu, vaan yksinkertaisesti siksi, että siinä asennossa kvanttiprosessorilla on kylmintä, Konstari perustelee.
Kilpailua käydään kubiteista
VTT otti viime vuonna käyttöön 20 kubitin kvanttisirun. Nyt tietokone on poissa käytöstä, sillä sirua päivitetään 50 kubitin kokoiseksi tämän vuoden aikana.
Tavoitteena on käynnistää 300 kubitin kvanttitietokone vuoteen 2027 mennessä.
– Pienimässä koneessa, jolla olisi oikeasti kaupallista hyötyä, olisi noin sadasta kolmeensataan kubittia ja ehkä 99,99 prosentin tarkkuus, Aalto-yliopiston kvanttiteknologian professori Mikko Möttönen arvioi.
Aalto-yliopiston tutkimusryhmä kehittää kubittien tarkkuutta. Nyt on päästy vasta 99,9 prosentin tarkkuuteen.
Maailmalla suomalaisten tavoittelemat kubittimäärät eivät ole vaikuttavia. Jo viime vuonna yhdysvaltalainen Atom Computing rakensi tuhannen kubitin koneen. Laskentatehoa ei voi kuitenkaan suoraan nähdä kubittien määrästä, koska kysymys on myös siitä, miten kubitteja käytetään ja miten niiden toimintaan liittyviä virheitä korjataan.
Laskentateho kasvaa eksponentiaalisesti
Kubitti tarkoittaa kvanttibittiä, joka on kvanttitietokoneiden tiedonkäsittelyn perusyksikkö. Suhteellisen pieni määrä toimivia kubitteja peittoaa tietyissä tehtävissä perinteisen supertietokoneen.
– Laskentateho kasvaa kvanttitietokoneessa eksponentiaalisesti, klassisessa tietokoneessa taas lineaarisesti. Myös monikubittisen sirun rakentamisen monimutkaisuus kasvaa nopeammin kuin lineaarisesti mutta ei onneksi sentään eksponentiaalisesti, vertaa VTT:n mikroelektroniikan ja kvanttiteknologian tutkimuspäällikkö Pekka Pursula.
Kubitti eroaa perinteisestä bitistä sillä, että se ei ole vain joko yksi tai nolla vaan myös jokin todennäköisyys siitä, että se olisi jompikumpi arvo. Sillä voi ikään kuin laskea useita vaihtoehtoja kerralla.
– Se ei raksuta nopeammin vaan raksuttaa eri tavalla, Pursula vertaa.
Suomeen kasvaa ekosysteemi
Kvanttitutkimus on kasvattanut Otaniemeen maailmanluokan osaamiskeskittymän, jossa kasvaa uusia yrityksiä ja työpaikkoja.
– Alkuun pääseminen vaatii isoja investointeja. Monet yritykset eivät pysty yksin keräämään sellaista rahoitusta, ja siksi VTT investoi yhteiskäyttöiseen kehitysympäristöön Kvanttinovassa, Pursula selittää.
Ekosysteemissä toimii muun muassa IQM, joka myy tutkimus- ja kokeilukäyttöön tarkoitettuja viiden ja 20 kubitin tietokoneita. Palveluksessa on yli 270 asiantuntijaa 47 maasta.
Rinnalla kasvaa myös kotimainen perinteinen puolijohdeteollisuus, koska kvanttitietokoneiden ohjaaminen ja lukeminen vaatii perinteistä elektroniikkaa. Kvanttitietokoneiden sirujen rakentamisessa Suomi on miltei omavarainen, mutta puolijohteissa maa on lähes täysin Aasian tuonnin varassa.
Kvanttiteknologiaa sovelletaan useille eri aloille, kuten lääketeollisuuteen, materiaaliteollisuuteen, erilaisiin optimointitehtäviin, finanssialalle ja logistiikkaan.
Teksti, kuvat ja video: Janne Luotola
