Aalto-yliopiston tutkijat osoittivat, miten kubittien energiahäviöt voidaan selittää yksinkertaisella kokeella. Löytö auttaa fyysikoita kehittämään tehokkaampia kubitteja esimerkiksi kvanttitietokoneita varten.
Suprajohtavat kvanttibitit – eli kubitit – ovat esimerkiksi kvanttitietokoneiden ja äärimmäisen herkkien mittalaitteiden rakennuspalikoita. Nimensä mukaisesti suprajohteet kuljettavat sähkövirtaa erittäin tehokkaasti. Toisin kuin puolijohtimissa, suprajohtimissa sähkövirrasta katoaa vain äärimmäisen vähän energiaa matkan aikana.
Kubittien suprajohtavuuden mahdollistaa niin sanottu Josephsonin ilmiö, jossa kaksi toisiaan lähellä olevaa suprajohdinta synnyttää sähkövirran niitä erottavan esteen läpi. Aalto-yliopiston tutkijat ovat nyt ensimmäistä kertaa onnistuneet mittaamaan kubittien Josephson-liitoksissa tapahtuvaa energian haihtumista säteilynä.
Kvantti-ilmiöitä ja -laitteita tutkivan Aalto-yliopiston Pico-tutkimusryhmän tutkijatohtori Bayan Karimi osoitti, että aiemmin selittämättömän kubittien energiakadon syy löytyy juuri lämpösäteilystä. Tutkimus julkaistiin Nature Nanotechnology -lehdessä elokuun 22. päivä.
- Huolimatta nopeasta edistymisestä kubittien kehittämisessä, aiemmin on ratkaisematta jäänyt tärkeä kysymys: miten ja missä lämpöhäviö tapahtuu?, Karimi toteaa.
Karimin mukaan kubitit ovat erittäin herkkiä häiriöille, jolloin niistä tulee herkästi epävakaita. Joskus muutos selittyy ulkoisella taustakohinalla, mutta Josephson-liitoksissa tapahtuvaa energian haihtumista säteilynä ja sen aiheuttamaan lämpenemistä ei ole hänen mukaansa aiemmin tutkittu kokeellisesti.
- Olemme tässä työssä mitanneet miten energia siirtyy Josephson-liitoksesta ympäristöön. Tutkimus perustuu Pico-ryhmän osaamiseen säteilevän energian mittaamisessa herkin lämpömittarein, kertoo Aalto-yliopiston professori ja Pico-ryhmän johtaja Jukka Pekola.
Energiahäviöt sinänsä tunnetaan entuudestaan. Fyysikot ovat tehneet kokeita, joissa sadat Josephson-liitokset on sijoitettu jonossa samaan piiriin. Yksikin liitos riitti epävakauttamaan sitä seuraavat liitokset.
Alun perin Karimi ja Pekola tekivät kokeita useilla yhteen kytketyillä liitoksilla, kunnes he päättivät yksinkertaistaa koeasetelmaansa. Lopulta kokeissa havainnoitiin vain yhtä Josephson-liitosta, jonka jännitettä sitten hienosäädettiin. Karimi ja Pekola sijoittivat äärimmäisen tarkan lämpömittarin liitoksen viereen ja onnistuivat mittaamaan liitoksesta lähtevän erittäin heikon lämpösäteilyn eri taajuuksilla aina sataan gigahertziin saakka.
Fyysikot jatkavat tehokkaampien kubittien kehittämistä osana kilpajuoksua, jonka tarkoitus on parantaa lähitulevaisuuden kvanttitietokoneiden teknologiaa. Karimin ja Pekolan tuottama uusi tieto antaa tutkijoille ja insinööreille keinon ymmärtää kubittien häviöitä entistä paremmin. Kvanttitietokoneissa kauemmin koherentteina säilyvät kubitit mahdollistavat aiempaa suuremman määrän laskutoimituksia, johtaen lopulta niin monimutkaisiin laskutoimituksiin ettei niitä voi klassisilla tietokoneilla suorittaa.
Pico-ryhmän teoreettinen työ on tehty yhteistyössä Madridin yliopiston kanssa ja kokeellinen osuus InstituteQ Chair of Excellence -professori Charles Marcusin kanssa. Kokeessa käytettyjen laitteiden valmistamisessa käytettiin Suomen kansallista mikro- ja nanoteknologian tutkimusinfrastruktuuria, OtaNanoa. Lisäksi tutkimuksen mahdollisti Suomen Akatemia Quantum Technology Finland -huippuyksikön ja THEPOW-konsortiumin kautta.
Autoteollisuus on siirtymässä yhä monimutkaisempiin ohjelmistopohjaisiin järjestelmiin, joissa virheetön ohjelmisto on elintärkeää turvallisuuden ja suorituskyvyn varmistamiseksi. Ohjelmiston laatu ja luotettavuus eivät ole enää vain valinnaisia ominaisuuksia, vaan kriittisiä vaatimuksia erityisesti autonomisessa ajamisessa, kehittyneissä kuljettajaa avustavissa järjestelmissä (ADAS) ja yhdistetyissä ajoneuvojärjestelmissä.
Kestävä digitaalinen infrastruktuuri on kriittinen, jotta tietoliikenneverkot voidaan tehokkaasti valjastaa tekoälyinnovaatioiden ja pilvipohjaisten palveluiden tarpeisiin. Tekoälyyn liittyvien datarikkaiden sovellusten lisääntyvä kysyntä edellyttää tietoliikenneverkkoa, joka kykenee käsittelemään suuria tietomääriä alhaisella viiveellä, kirjoittaa Orange Businessin kumppaniratkaisuista vastaava Carl Hansson.
Euroopan unioni ottaa merkittävän askeleen avaruusteknologian kehittämisessä allekirjoittamalla sopimuksen uuden IRIS²-satelliittijärjestelmän toteuttamisesta. Tämä 290 satelliitin verkko on suunniteltu vahvistamaan Euroopan itsenäisyyttä ja turvallista yhteydenpitoa.
Jotta voidaan vastata uuden teknologian vaatimuksiin ja pitää järjestelmät toimimassa ”kellon tavoin”, on aika harkita ajoitusratkaisuja uudelleen. Tässä kaksiosaisessa "Precision Timing" -artikkelissa opit, miksi mikroelektromekaanisiin järjestelmiin eli MEMS-komponentteihin perustuvat piiajoituslaitteet päihittävät kvartsin elektroniikkasuunnittelun uudella aikakaudella. 
Matalatehoisten langattomien ratkaisujen asiantuntija Nordic Semiconductor ja eSIM-ratkaisuja kehittävä Kigen ovat julkistaneet yhteistyön, joka sujuvoittaa massiivisten IoT-verkkojen käyttöönottoa. Yhdessä he esittelevät CES 2025 -messuilla ratkaisun, joka yhdistää Nordic Semiconductorin nRF9151-moduulin ja Kigenin SGP.32 IoT eSIM-teknologian sekä laitteiden hallinta-alustan.
