Tulevaisuuden kvanttitietokoneet: vallankumouksellinen kehitys näköpiirissä!

Tulevaisuuden kvanttitietokoneet: vallankumouksellinen kehitys näköpiirissä!

24.6.2025 Ilmenaun teknillisessä yliopistossa pidettiin tärkeä työpaja, joka käsitteli suprajohtavan mikroelektroniikan aihetta. Sähkötekniikan ja tietotekniikan tiedekunnan dekaani, professori Hannes Töpferin johtamassa työpajassa käsiteltiin suprajohtavia antureita, piirejä, suunnittelun lähestymistapoja sekä digitaalisen kvanttilaskennan ja neuromorfisten piirien haasteita ja vaatimuksia. Hänen tavoitteenaan oli yhdistää kansainvälinen tutkimustyö ja luoda ekosysteemi perustutkimuksesta siruvalmistukseen.

Tämä tapahtuma korosti suprajohtavien teknologioiden valtavaa merkitystä tulevaisuuden energiatehokkuuden ja laskentatehon kannalta. Huippuasiantuntijat, mukaan lukien Nobuyuki Yoshikawa Yokohaman kansallisesta yliopistosta, Scott Holmes, joka on mukana kansainvälisessä laitteiden ja järjestelmien tiekartassa (IRDS) ja Jie Ren Shanghain mikrosysteemi- ja tietotekniikan instituutista, keskustelivat näiden tekniikoiden merkityksestä kestävän tietotekniikan kannalta. Työpajan avasi puhe, jonka piti suprajohtavien piirien pioneeri Oleg Mukhanov, joka antoi ensimmäisen kokeellisen todisteen suprajohtavista digitaalisista piireistä vuonna 1987.

Keskity kvanttilaskentaan

Työpajan keskeinen aihe oli suprajohtimiin perustuvien kvanttitietokoneiden kehittäminen. Tämä alue on tulossa yhä tärkeämmäksi, lähinnä hankkeen ansiosta OpenSuperQplus100 on selvitetty. Tämä on aloite suprajohtaviin elementteihin perustuvien kvanttitietokoneiden järjestelmien ja tekniikoiden kehittämiseksi. Hanke on osa EU:n strategista kvanttiteknologian tutkimusohjelmaa ja sen tavoitteena on tarjota integroituja demonstraattoreita tutkimus- ja sovellustarkoituksiin.

Tärkeä näkökohta tässä projektissa on vähintään 100 korkealaatuisen kubitin tuottaminen yhdessä demonstraatiossa. Tähän sisältyy korkealaatuisten kvanttisirujen suunnittelu- ja valmistusalustan kehittäminen ja niiden integrointi monisiruisiin moduuleihin. Panoksen Fraunhofer EMFT on ratkaisevan tärkeää erityisesti uusien qubit-sirujen tuotantoprosessien kautta. Tavoitteena on valmistaa hakea teollisessa mittakaavassa ja määritellä 200 mm:n kiekkojen valmistusprosessit puhdastilatiloissa.

Kvanttiohjelmiston rooli

Toinen tärkeä näkökohta on kvanttiohjelmistojen alan tutkimus. Jeanette Lorenz ja hänen tiiminsä työskentelevät mukauttaakseen algoritmeja kubittien laitteistovirheisiin. QUAST-projektin tavoitteena on tuoda kvanttilaskenta yritysten ulottuville ja keskittyä teollisuuden optimointiongelmiin. Lorenzin ja hänen kollegoidensa keskeinen haaste on valita oikea algoritmi kulloisellekin laitteistolle ja tehdä samalla teolliset ongelmat toteutettavissa kvanttitietokoneissa.

Heidän kehittämänsä ohjelmistopino mahdollistaa kaikkien komponenttien kerrostetun rakenteen kvanttitietokoneiden kehittämiseen ja toimintaan. Eri laitteistoilla on erityisiä etuja ja haittoja eri sovelluksille. Ioniloukut ovat hitaampia, mutta tarjoavat suuremman tarkkuuden ja sopivat erityisen hyvin molekyylisimulaatioihin.

Yhteenvetona voidaan todeta, että suprajohtavaan mikroelektroniikkaan ja kvanttilaskentaan perustuvilla teknologioilla on valtavasti tulevaisuuden potentiaalia. Molempien alueiden kehitys voisi mahdollistaa merkittävän edistyksen energiatehokkuudessa ja laskentatehossa sekä tutkimuksessa että teollisuudessa.