Kvanttiteknologian sovellusten odotetaan mullistavan monia teollisuuden aloja elektroniikasta, tietojenkäsittelyyn ja materiaalitekniikkaan. Alan tutkimukseen ja kehittämiseen on investoitu miljardeja euroja ympäri maailman. Uusiteknologian tuore lokakuun 2/2018-numero esitteli kvanttitietokoneiden tutkimusta ja nykyisiä sovelluksia. Uusi lehti on luettavissa ilmaiseksi nettisivulta (LINKKI).
EU:n lippulaivassa on mukana useita tutkimusryhmiä Aalto-yliopiston johtamasta Suomen Akatemian kvanttiteknologian kansallisesta huippuyksiköstä Quantum Technology Finland (QTF), jonka tutkimusohjelma kiinteän tilan kvantti-ilmiöiden hallintaan ja teknologioiden kehittämiseen on ainutlaatuinen maailmassa.
Aalto-yliopistolla on pitkä historia matalien lämpötilojen kvantti-ilmiöiden ja laitteiden perustutkimuksessa sekä uuden teknologian kehittämisessä. Lippulaivahankkeen projekti Quantum Microwave Communication and Sensing (QMiCS) aikoo hyödyntää lähelle absoluuttista nollapistettä jäähdytettyjen suprajohtavien piirien välittämiä mikroaaltoja ja niiden kvanttimaailman ominaisuuksia: lomittumista ja kvanttiteleportaatiota.
Mikroaaltovaloa käytetään jo nyt laajasti elektroniikassa ja langattomassa viestinnässä, mutta mikroaaltojen kvanttitason ominaisuuksia ei ole vielä pystytty juuri hyödyntämään kaupallisessa teknologiassa. Ryhmä suunnittelee usean metrin pituista, mikroaaltojen kvantti-ilmiöitä hyödyntävää verkkokaapelia, jota voisi käyttää tiedonsiirtoon – eräänlaisena kvanttitietokoneita yhdistävänä ”kvanttilähiverkkona”.
”Tarkoitus on havaita kvanttitiedonsiirron perusilmiöitä, kuten kvanttitilojen teleporttausta mikroaaltofotonien avulla, ja rakentaa ensimmäinen lähiverkko niihin perustuvalle viestinnälle. Kehittämäämme teknologiaa voidaan tulevaisuudessa jalostaa ja toteuttaa esimerkiksi kvanttitutka tai kvanttitietokoneiden internet”, sanoo Mikko Möttönen QMiCS-projektin vastuullinen tutkija Aalto-yliopistossa.
Uudenlaisia antureita
Erityisherkkää anturiteknologiaa kehittää Miniature Atomic Vapor-Cells Quantum Devices for Sensing and Metrology Applications (macQsimal) -projekti, jossa on mukana Aalto-yliopiston professori Lauri Parkkonen ryhmineen. Projektissa luodaan antureita, jotka mittaavat ennenäkemättömän herkästi magneettikenttiä, aikaa, pyörimisliikettä ja sähkömagneettista säteilyä.
Parkkosen ryhmä suunnittelee ja soveltaa magneettikenttäantureita aivosignaalien mittaamiseen magnetoenkefalografialla eli MEG:llä. He suunnittelevat MEG-anturiston, joka mukautuu tutkittavan henkilön pään kokoon ja muotoon – toisin kuin nykyinen suprajohtavuuteen perustuva anturisto.
”Nykyisiin suprajohtaviin antureihin perustuvat MEG-järjestelmät ovat kalliita ja suurikokoisia niiden vaatiman erittäin matalan lämpötilan takia. Uudet anturit taas ovat pieniä, ne toimivat huoneenlämmössä ja ne saa suoraan potilaan pään pinnalle. Mittaustulokset voivat olla jopa yhtä tarkkoja kuin kallon sisäpuolelta tehtynä, joten uudella teknologialla on mahdollista vähentää epilepsiakirurgiaa edeltäviä, niin ikään kirurgiaa edellyttäviä mittauksia”, Lauri Parkkonen kertoo.
Scalable Two-Dimensional Quantum Integrated Photonics (S2QUIP) kehittää kvanttifotonisia hybridi-mikrosysteemejä, joita voi käyttää monissa arkisissa laitteissa, esimerkiksi tietoliikenteessä. Aalto-yliopiston professori Zhipei Sunin johtama ryhmä pyrkii tekemään kvanttivalolähteistä entistä tehokkaampia, skaalautuvampia ja toiminnoiltaan monipuolisempia.
”Tämän teknologian tulevaisuuden käyttömahdollisuudet ovat huikeat: niitä voidaan käyttää monilla eri aloilla, ei vain tietoliikenteessä, vaan myös kvanttisimulaatioissa, metrologiassa ja erilaisissa sensoreissa”, Zhipei Sun sanoo.
TAUSTAA: QMiCS ja S2QUIP ovat osa tutkimuksen kansallista huippuyksikköä Quantum Technology Finland QTF. EU:n kvanttiteknologian lippulaivahankkeeseen osallistuu QTF:n kautta myös kaksi VTT:n ryhmää.
Kaikki Aallon ja VTT:n ryhmät hyödyntävät tutkimuksessaan kansallista . QMiCS-projektia koordinoi Baijerin tiedeakatemian Walther Meißner -instituutti, macQsimal-projektia Centre suisse d’électronique et de microtechnique ja S2QUIP-projektia Kuninkaallinen teknillinen korkeakoulu.
Lisää: EU:n Quantum Flagship (LINKKI) ja 20 ensimmäistä projektia eri maista (LINKKI) Suomen Akatemian Quantum Technology Finland (QTF) -huippuyksikkö (LINKKI), OtaNano-infra (LINKKI)
Kuva: Kvanttibittejä piisirulla. Lähde: Jan Goetz/Aalto-yliopisto.
Tärkeimmät teknologiauutiset kätevästi myös uutiskirjeenä! Tilaa (LINKKI)
LUE – UUTTA – LUE – UUTTA – LUE – UUTTA
Uusi ammattilehti huipputekniikan kehittäjille – Lue ilmaiseksi verkosta!
https://issuu.com/uusiteknologia.fi/docs/2_2018