Oulu

Kvant­ti­tut­ki­mus harppasi eteenpäin Oulun yliopiston ja Aalto-yliopiston yhteistyönä – kvant­ti­las­ken­nan avulla voisi mallintaa esimerkiksi il­mas­ton­muu­tos­ta

KUVA: Pekka Peura
Oulu 17.3.2019 11:09
Arja Mikkola

Oulun yliopisto ja Aalto-yliopisto edistivät yhdessä jäähdytysteknologiaa ja yllättäen kvanttimekaniikan teoriaakin.

Tutkijat ympäri maailmaa kehittävät äärimmäisiä laskutoimituksia ratkaisevia kvanttitietokoneita. Kun tähän asti niin sanotuista kvanttibiteistä on pyritty etukäteen minimoimaan häviöt, niin Oulun yliopiston ja Aalto-yliopiston tutkijaryhmä totesi, että olennaista onkin hallita aktiivisesti energian häviöitä ja siirtymiä. Tässä auttaa tutkijoiden kehittämä uusi teknologia, niin sanottu kvanttijäähdytys.

Nature Physics -verkkojulkaisussa vasta ilmestyneen tutkimusraportin pääkirjoittaja on akatemiatutkija, dosentti Matti Silveri Oulun yliopiston Nano- ja molekyylisysteemien tutkimusyksiköstä.

Kun klassinen perusyksikkö on bitti, niin kvanttimekaniikassa yksikkö on kvanttibitti eli kubitti.

Kvanttibitillä on hyvin poikkeavia ominaisuuksia.

– Se voi olla tilassa, jossa se on yhtä aikaa nolla ja yksi. Tämän superposition lisäksi kaksi kvanttibittiä voivat myös lomittua keskenään tiloihin, joita ei klassisen fysiikan keinoin saada aikaan, Silveri kertoo.

Kvanttibitit ovat erittäin herkkiä. Albert Einstein piti kvanttifysiikan ilmiöitä jopa ärsyttävinä, mutta nykyään niihin suhtaudutaan hyödyllisinä ominaisuuksina.

Kvanttimekaniikka, jonka avulla kuvataan pikkuruisia atomitason ominaisuuksia, keksittiin 1920-luvulla. Ymmärrys alkoi lisääntyä 1940-luvulla.

– Viimeisen 20 vuoden aikana on opittu hallitsemaan sitä: pystytään muokkaamaan erilaisia kvanttitiloja.

Silverin mukaan kvanttimekaniikka luo tavallaan uudentyyppistä transistoria ja elektroniikkaa.

– Kvanttibitti rakentaa uudenlaista tapaa prosessoida informaatiota.

Kvanttibitit on pyritty eristämään tiukasti, etteivät ne pääsisi kontaktiin ja vaihtamaan energiatilaansa ympäristönsä kanssa. Tutkijat halusivat kuitenkin selvittää yksittäisten kvanttibittien avulla erilaisia energiatasoja.

Mittaukset tehdään suprajohtavilla sähköpiireillä, jotka toimivat lähellä absoluutista nollapistettä.

Lämpötilan on oltava hyvin matala ja ympäristön kohinaton. Niinpä akatemiatutkija Mikko Möttönen kehitti ryhmineen Aalto-yliopistossa kvanttibitin eteen eräänlaisen “lisäjääkaapin“, kvanttipiirijäähdytyslaitteen.

– Laite pystytään kytkemään päälle ja pois. Se on kuin ovi, jonka kautta voidaan poistaa energiaa: tarvittaessa auki tai kiinni, Silveri kuvaa.

Oven avaus vauhdittaa kvanttibittien energiahäviötä jopa tuhatkertaisesti.

Aluksi systeemin rakenne muuttui. Syytä ei heti ymmärretty, kunnes kuin bonuksena päästiin ihan yllättäen hankalasti havaittavan niin sanotun Lambin siirtymän jäljille. Ilmiöön törmättiin 1940-luvulla.

– Se oli vallankumous jo aikanaan. Ajateltiin, että riittää vain tarkastella vetyatomia. Ratkaisu oli, että pitääkin tarkastella atomia ja ympäristöä yhtäaikaa, Silveri kertoo.

Sähkömagneettinen ympäristö siis vaikuttaa kvanttisysteemiin, vaikka se olisi tyhjiötilassa, ilman energiaa. Kuinka nopeasti energia taas poistuu, riippuu siitä, miten voimakas kytkentä on ympäristöön. Silverin mukaan ilmiötä ei ole aikaisemmin havaittu ihmisen rakentamissa järjestelmissä.

Kvanttifysiikkaa yläasteelta asti

Fysiikan tutkimus ei ole akatemiatutkija Matti Silverin mukaan mitään heureka-hetkiä, vaan ennemminkin eri tutkijoilta tulevia töytäisyjä oikeaan suuntaan.

– Ensin kokeillaan jotakin ja sitten korjataan. Ei fysiikkaa tehdä yksin, se on ryhmätyötä.

Silveri joutui fysiikan pauloihin yläasteella Kemin Karihaarassa, kun fysiikan opettaja tarjosi ylimääräisenä materiaalina yleistajuisia kvanttimekaniikkakirjoja.

Silveri väitteli Oulun yliopistossa 2013 ja jatkoi kvanttimekaniikan syventämistä runsaat kaksi vuotta Yalen yliopiston kvantti-instituutissa Yhdysvalloissa perehtyen muun muassa kvanttivirheenkorjaukseen.

Viime syksynä Suomen Akatemia myönsi viisivuotisen apurahan, ja nyt kvanttitutkija kehittää Oulun yliopistossa kvanttisimulaatioiden ja suprajohtavien kvanttipiirien teoriaa.

Sekä väitöksessä että yhdessä Aalto-yliopiston kanssa mielenkiinto kohdistui yhteen kvanttibittiin, mutta puolenkymmenen tutkijan ryhmänsä kanssa Silveri perehtyy isompiin kvanttibittijoukkoihin.

– Meille se tarkoittaa noin 10–20:tä. Ne ovat jonomuodostelmassa ja tuntevat toisensa. Olemme kiinnostuneita siitä, voidaanko tästä rakentaa esimerkiksi materiamalleja, kuten suprajohtavuutta.

Lääkekemian ja ilmastonmuutoksen mallintamiseksi

Tutkimus tehtiin Kvanttilaskennan ja -laitteiden tutkimusryhmässä, joka on osa kansallista huippuyksikköä Quantum Technology Finlandia.

Akatemiatutkija Matti Silverin ryhmä Oulun yliopistossa on keskittynyt viime syksystä alkaen kvanttisimulaatioiden ja suprajohtavien kvanttipiirien teoriaan.

Niin IBM, Google, Intel kuin Microsoftkin kehittävät kvanttilaskentaa.

Kvanttibiteillä piirilevyn koko on mikrometrin luokkaa eli millin tuhannesosa.

Kvanttibitit ovat yhtä aikaa sekä päällä että pois päältä. Kun kvanttibittejä laitetaan yhteen tuhansia, saatetaan käsitellä yhtäaikaisesti valtavia tietomääriä, sillä kvanttibitit vaikuttavat toisiinsa viiveettä.

Kvanttilaskennalla mallinnettaisiin materiaaleja tai lääkekemiaa moninaisine atomeineen ja molekyyleineen, selvitettäisiin ilmastonmuutosta ja kehitettäisiin tekoälyä.

Kvanttisalausta on esitelty, mutta yleistä se ei vielä ole.

Suprajohtavat kubitit ovat yksi keino kehittää kvanttimekaniikkaa.

Niin IBM, Google, Intel kuin Microsoftkin kehittävät kvanttitietokonetta.

MAINOS

Lue lisää aiheesta

Kommentoi

Suurin osa ihmisistä ei tajua edes kvattifysiikan alkeita. Perehtykää aiheeseen ja kommentoikaa sitten.
Aikanaan kun transistori keksittiin, niin sitä pidettiin höpö juttuna. Mutta miten kävi. Kaikki koneet
käyttävät trasistoreita. Tämä tutkimus on ns. perustutkimusta, joka on teknologian kannalta tärkeää.
Kyllä kvanttitietokoneet tulevat vielä mullistamaan laskentanopeuden !

Vastaa Ilmoita asiaton viesti

Paljon hömppää myös tuolla alalla, mutta kun se matikka on niin hienoa että syydetään sinne rahaa ilman tulosvastuuta, eiköstä joo.

Vastaa Ilmoita asiaton viesti

Nollalla ei ole mitään käyttöä reaalimaailmassa eikä sen mallintamisessa.

Vastaa Ilmoita asiaton viesti

Et voi hallita tätä ilmastomuutosta tekemäsi tiedon pohjalta. Sinun pitää perehtyä valtavaan joukkoon asioita. Kerropa miksi 10 vuotta on rikottu tuhansia ennätyksiä. Rokottu tilastoja. On mehiläiset loppu on ostopaikka hukassa. On valaat ja sukulaiset joukko kuolemassa. Veden laatu äärirajoilla. Ihmiset reagoi ensin. Ps ihmiset elää länsimaailmassa liian pitkään.

Vastaa Ilmoita asiaton viesti

Kvanttiteosia sopii erinomaisesti ilmaston tutkimiseen, koska ilmasto voi yhtäaikaa sekä lämmetä että jäähtyä riippuen tutkijan mielentilasta ja rahoituksen saatavuudesta.

Vastaa Ilmoita asiaton viesti

No, persujen äänestäjien aivoja voi tutkia samalla tavalla. Todennäköisyys löytää vaikka yhden harmaan solun on 1:1000000.

Vastaa Ilmoita asiaton viesti

Ei se laskenta kyllä etene mihinkään jos muutuja voi olla yksi tai nolla,en keksi yhtään alkoritmiä jossa olisi hyötyä jos muutuja on yksi ta nolla tai molempia,se proseduuri kyllä ylikuumentaa prosessorin ja se tysää siihen. tässä on varmaan jokin yleinen huijaus ,uskomus.
Politiikassa niinkin on vastaus joko tai, tai sekä että ,mutta ei koskaan,kutakuinkin,vaan osapuileen. ja kaikiissa vastauksiissa voi kuulia valita sopivan vastauksen.

Vastaa Ilmoita asiaton viesti

Groverin algoritmi, löytyy googlettamalla. Ja kvanttialgoritmit eivät pyöri tavallisessa prosessorissa, joten ne eivät tavallista prosessoria ylikuumenna.

Vastaa Ilmoita asiaton viesti

Siis nyt visiot on liian ylimalkaisia. Yltiöoptimismia. Ensinäkin ilmastomuutoksiin ei voida vaikuttaa tuollaperiaatteella, että auringon ja kuun vaikutuksia lähdetään kumoamaan. Lieneekö kysymys muuttoaallosta eikä hiukkasaallosta. Toinen juttu Eko+Bio maailma ei ole sama kuin virta kulkee 1 virta ei kulje 0. On kysymys miljardien vuosien kehityksestä. Hiukkanen meni. Näitkö. Hyvä kun kaveri haastaa. Niin pitääkin.

Vastaa Ilmoita asiaton viesti

Itse uskon tuohon hiukkasiin ja sähkömagneettiisiin ratkaisuihin. Energian haltuunotto ja varastointi on tulevaisuuden juttu. Pelastus. Suprajohtimien hyödyntäminen ei vielä ole kokenut renessanssia, on vain iso joukko näyttöjä sen hyödyllisyydestä. Enpä oikein usko että Ilmastomuutos olisi hallittavissa hiukkasilla, koska on kysymys mittavasta ongelmavyyhdistä, jossa muuttujat ei ole hallittavissa. Varmaan siksi puhutaan vain ennusteista.

Vastaa Ilmoita asiaton viesti

Ihanko totta? Mistähän ovatkin keksineet ilmastonmuutoksen tutkimukseen? Menee uskottavuus koko touhuun kun pitää muotijuttuja hehkuttaa.

Vastaa Ilmoita asiaton viesti

Kepu ja Kokoomus hoks! Tämä tutkimus ei tuota kaupallisia tuloksia vielä vuosikymenuub. Oiva leikkauskohde teille siis!

Vastaa Ilmoita asiaton viesti

Pohja tälle ajattelulle syntyi muutama vuosikymmen sitten yliopiston vaikutuspiirissä toteutetusta ortotopologian mittavasta ja tuloksia tuottaneesta perustutkimuksesta.

Vastaa Ilmoita asiaton viesti

Tästähän löytyy se puuttuva palanen sille pari vuotta sitten hylätylle taikavarpu-väitöskirjalle. Empiria tulee osoittamaan kuinka taikavarpukin toimii kvanttimaailmassa!

PS. Haluan nimeni tästä ideasta tehtävään tutkmimusraporttiin.

Vastaa Ilmoita asiaton viesti

"Tutkijat ympäri maailmaa kehittävät äärimmäisiä laskutoimituksia ratkaisevia kvanttitietokoneita"

Tässä pitäisi lukea että "Tutkijat ympäri maailmaa kehittävät erilaisia laskutoimituksia ratkaisevia kvanttitietokoneita". Lopulta kvanttitietokoneen ratkaisemat laskutoimitukset ovat hyvin yksinkertaisia: niitä ei vaan voi ratkaista sillä tavalla, jolla perinteinen tietokone suorittaa laskutoimituksia.

Vastaa Ilmoita asiaton viesti

Uutisvirta

9:28
Tulivatko helteet jäädäkseen? Pekka Pouta vastaa
9:23
Työttömyys laski Pohjois-Pohjanmaalla verrattuna viime vuoteen – katso tästä, millä aloilla on eniten avoimia työpaikkoja
9:00
Työllisyysasteen nousu hiipui, työttömyys väheni hieman – Kevään aikana työllisyyden kasvua nähtiin enää hyvin vähän
8:40
Britannian uusi pääministeri selviää tänään – tulos kerrotaan alkuiltapäivästä Suomen aikaa
8:35
Asunnon liian korkea lämpötila helteellä voi oikeuttaa vuokranalennukseen – "10–20 prosenttia siltä ajalta, kun huoneiston lämpötila ylittää 32 astetta"
7:49
Elokuvallisia albumeita ja mystinen M - Oulun Musiikkivideofestivaalien koko ohjelmisto on julkaistu
7:19
Asuntosijoittaminen on vilkasta Oulun alueella – "Se on ihan hyvä tapa säästää, että nuorena ostaa yhden tai kaksi sijoitusasuntoa"
64
Uimarantojen vähäiset parkkipaikat jokakesäinen ongelma Oulussa – "Aika hurjan näköistä, kun nurmikoilla on autoja miten sattuu"
27
Asuntosijoittaminen on vilkasta Oulun alueella – "Se on ihan hyvä tapa säästää, että nuorena ostaa yhden tai kaksi sijoitusasuntoa"
13
Qstockin liikennejärjestelyt huolettavat Pikisaaren asukkaita – aiemmin autoiluun saaressa vaadittiin festivaalin aikana ajolupa, nyt järjestelystä ollaan luovuttu
12
Lokkisiimat pyritään saamaan Kauppurienkadulla valmiiksi ennen Qstock-viikonloppua – "Nyt on positiivisen odottava fiilis"
12
Asunnon liian korkea lämpötila helteellä voi oikeuttaa vuokranalennukseen – "10–20 prosenttia siltä ajalta, kun huoneiston lämpötila ylittää 32 astetta"
11
Pakollisella ruotsilla on pitkä historia ylioppilaskokeissa – Henriksson: "Kouluja käydään, että opitaan jotain. Silloin kaikki ei voi olla vapaaehtoista"
7
Britannia haluaa eurooppalaiset joukot turvaamaan merenkulkua Hormuzinsalmella

Etusivulla nyt

Paikallissää

Varoituksia voimassa!

Metsäpalovaroitus on voimassa Päijät-Hämeen, Kymenlaakson, Keski-Suomen ja Keski-Pohjanmaan maakunnissa, Pohjois-Pohjanmaan maakunnassa lukuun ottamatta Pudasjärven, Taivalkosken ja Kuusamon kuntia sekä seuraavissa Lapin kunnissa: Simo, Kemi, Keminmaa, Tornio, Tervola, Pello ja Rovaniemi.

Hellevaroitus: Lähivuorokauden aikana on odotettavissa tukalaa hellettä Uudenmaan, Kanta-Hämeen, Päijät-Hämeen, Kymenlaakson, Etelä-Karjalan, Pirkanmaan, Keski-Suomen, Etelä-Savon, Pohjois-Savon, Etelä-Pohjanmaan, Keski-Pohjanmaan, Pohjois-Pohjanmaan ja Kainuun maakunnissa sekä Lapin maakunnassa lukuun ottamatta Enontekiön kuntaa.

Juttutupa

Päivän tykätyin viesti

Hakkaraisen Teuvo on kyllä aika äijä sanon minä

Ajatelkaapa tilannetta, että eduskunnassa olisi 100 Hakkaraista ja 100 Huhtasaarta, noin kuvaannollisesti. Kävisikö niin... Lue lisää...
Tenavatähti

Jari ja sarjakuvat

Jari

23.6.
Jari on tauolla.

Naapurit

23.7.
;

Uutiset osastoittain

Palvelemme sinua

Asiakaspalvelumme auttaa sinua mielellään Kalevan tilausasioissa ja muissa lukijan palveluissa.

Asiakaspalvelu

(08) 5377 610 (ma-pe 9-16)

www.kaleva.fi/asiakaspalvelu

Kalevan medioilla tavoitat 331 000 lukijaa.

Yrityspalvelut

(08) 5377 180

yrityspalvelut.kaleva.fi


stats-image