VTT valmistaa ohjauspiirin tulevaisuuden huipputehokkaalle tietokoneelle
Erittäin kylmässä toimivan kvanttitietokoneen laskentatarkkuus ja -teho paranevat

Kvanttitietokone vaatii hyvin toimiakseen noin -273 celciusasteen kylmyyden, ja VTT valmistaa tällaiselle suprajohtavalle tietokoneelle hyvin kylmässä toimivan ohjauspiirin. Kvanttitietokone pystyy aikanaan murtamaan nykyistä paremmin tietotekniset salauskoodit ja tekemään mm. sellaisia hakuja valtavista tietokannoista, jotka nykyisin ovat mahdottomia. Kvanttitietokoneen muistibitit voivat olla yhtäaikaa hyvin monessa tilassa. Tähän ominaisuuteen perustuvat maailmalla vasta muutamat aikaansaadut alkeelliset, mutta tulevaisuudessa mahdollisesti supertehokkaat ns. kvanttitietokoneet.

Akatemiaprofessori Jukka Pekola TKK:lta heliumlaimennusjäähdyttimen äärellä. Kuvassa näkyvällä laitteella voidaan jäähdyttää sähköisiä piirejä parin sadasosa-asteen päähän absoluuttisesta nollapisteestä. Korkearesoluutiokuva (648 Kt) Kuva: TKK

VTT:llä valmistettavalla, hyvin kylmässä toimivalla kvanttitietokoneen ohjauspiirillä päästään askel lähemmäksi kvanttitietokoneen toimintaan vaadittavaa nopeutta ja tarkkuutta. Ohjauspiirit toimivat peräti vain 0,02 asteen etäisyydellä absoluuttisesta nollapisteestä, joka on -273,15 celsiusastetta. Kvanttitietokoneita on toistaiseksi ohjattu huoneenlämpötilasta, mikä on rajoittanut näiden tietokoneiden valtavan nopeuden hyödyntämistä. Lisäksi, toisin kuin kvanttitietokoneessa, nykyisten tietokoneiden muistibitti voi olla vain kahdessa eri tilassa.

VTT ja TKK suunnittelevat alkaneessa EU-hankkeessa kvanttitietokoneen esiasteen ja sen ohjauksen integroiduksi piiriksi, joka toimii ensi kertaa kylmätilassa. Tällöin ohjaus saadaan tarkaksi, nopeaksi ja vähemmän häiriöille alttiiksi kuin nykyinen "huonelämpötilainen" ohjaus. VTT valmistaa integroidun piirin, ja kvanttibitit toteutetaan nanotekniikalla (millimetrin miljoonasosa) hankkeen muiden huippututkimusosapuolien toimesta: CEA-atomienergialaitos Ranskasta, Chalmersin teknillinen korkeakoulu Ruotsista ja mm. IPHT-tutkimuslaitos Jenasta Saksasta.

Kylmässä toimivaan kvanttiteknologiaan liittyen VTT:llä on yhteistyössä TKK:n kanssa vastikään kehitetty myös täysin uudenlainen virtapumppu. Sillä saadaan teoriassa jopa 1000-kertainen virta (yksi nanoampeeri) verrattuna nykyisin käytettäviin virtapumppuihin (yksi pikoampeeri) tarkkuudesta tinkimättä. VTT:n virtapumppu voi helpottaa olennaisesti kansainvälisen SI-mittayksikköjärjestelmän sähköteknisen virtanormaalin (virtastandardi) määrittämistä, joka taas helpottaa teollisuuden virtamittalaitteiden toiminnan tarkistamista. Lisäksi uusi virtanormaali on mittatieteessä yksi sähkötekniikan kolmesta perussuureesta, ja se saattaa mullistaa koko SI-mittajärjestelmän sähkötekniset perusteet.

Uusi virtapumppu ja kvanttitietokoneen hallittu ohjaus liittyvät VTT:n tutkijan Antti Niskasen (26) väitöskirjatyöhön, joka tarkastetaan 26.11.2004 TKK:lla. VTT:n uuden ohjauspiirin rakentaminen on jatkoa Niskasen väitöstyölle. Vuonna 2005 Niskanen siirtyy vierailevaksi tutkijaksi kvanttitekniseen huippututkimusyksikköön NECiin Japaniin.

Lisätietoja: Control of Quantum Evolution and Josephson Junction Circuits (2004), VTT Publications; 552.

VTT Tietotekniikka Antti Niskanen, tutkija puh. (09) 456 4664, 050 355 8488 antti.niskanen@vtt.fi	TKK, Kylmälaboratorio Jukka Pekola, akatemiaprofessori puh. (09) 451 4913, 040 700 9290 jukka.pekola@hut.fi