Veijo Hänninen

Kesän 2026 kubittiuutisia

Kesän aikana niin kubittien kuin niiden yhteistoiminnan saavuttamiseksi on saatu aikaan erilaisia parannuksia. Pii on ollut vahva tulevien laajempien ratkaisujen ehdokas mutta nyt sille on löytynyt kilpailijoita.

Uusi kvanttimateriaali ja siruarkkitehtuuri ratkaisevat keskeisen esteen megakubittisen kvanttitietokoneiden skaalaamisella uskoo Warwickin yliopiston ja NRC Canadan tutkijaryhmä

He esittelevät kvanttifononisten linkkien (QPL) konseptin eli uuden lähestymistavan kubittien väliseen kommunikaatioon.

”Yksi kvanttilaskennan keskeisistä haasteista on pitkän kantaman kubittiyhteydet”, sanoo tohtori Maksym Myronov Warwickin yliopiston fysiikan laitokselta. ”Työmme esittelee uuden konseptin, jossa fononit toimivat kvanttiväylänä, jonka avulla etäiset kubitit voivat vaihtaa kvantti-informaatiota ja ovat silti täysin yhteensopivia puolijohdeteknologian kanssa.”

Konsepti perustuu erikoismateriaaliin, puristusjännitykseen perustuvaan germaniumiin piillä (cs-GoS). Tässä materiaalissa kubitit ovat erityisen herkkiä pienille värähtelyille, jotka kulkevat ohuen germaniumkidekerroksen läpi.

Suunnittelemalla ja hallitsemalla näitä värähtelyjä huolellisesti tutkijat osoittavat, että periaatteessa kvantti-informaatiota voitaisiin siirtää kubittien välillä riippumatta siitä, sijaitsevatko ne vierekkäin vai erillään koko puolijohdesirulla, jonka halkaisija on enintään 300 mm.

Kvanttifononiset linkit (QPL)rakennetaan suoraan kubitteja sisältävään puolijohdemateriaaliin. Koska lähestymistapa on yhteensopiva vakiintuneiden puolijohteiden valmistustekniikoiden kanssa, se voisi tarjota kompaktimman, halvemman ja skaalautuvamman reitin tulevaisuuden kaupallisille kvanttiprosessoreille.

Sinkkioksidista hyvä spin-kubittien ehdokas

UW-Madisonin ja SKKU:n tiimi tunnistaa puolestaan puolijohdepohjaisen kvanttiteknologian josta voi muodostaa sinkkioksidisen spin-kubitin.

Kiinteän olomuodon kiteiden pistevirheisiin loukkuun jääneet elektronispinit voivat toimia huoneenlämmössä ja säilyttää kvantti-informaatiota pitkiä aikoja, mikä tekee niistä johtavan alustan paitsi kvanttilaskennalle, myös kvanttiviestinnälle ja erittäin herkälle kvanttitunnistukselle.

Timantin typpivakanssikeskus (NV) on ollut näkyvin ehdokas, mutta timanttia on vaikea kasvattaa suuriksi, korkealaatuisiksi kiteiksi, ja se soveltuu huonosti standardipuolijohteiden valmistukseen, mikä aiheuttaa merkittäviä esteitä kvanttilaitteiden integroinnille ja massatuotannolle.

Nyt Sungkyunkwanin, Wisconsin-Madisonin ja Washingtonin yliopistojen tutkijat ovat tunnistaneet sinkkioksidissa molybdeeni-happivakanssivirheen, jonka teoreettiset simulaatiot osoittavat voivan toimia tehokkaana spin-kubittina kvanttilaskennassa, tietoliikenteessä ja sensoritekniikassa.

Ehdotettu vika yhdistää kirkkaan näkyvän valon emission, alhaisen Huang-Rhys-tekijän ja arvioidun noin 4 millisekunnin spin-koherenssiajan, ominaisuudet, jotka tukevat tehokasta kvanttivalon muodostumista ja tarkkaa yksittäistä spin-luentaa.

Koska sinkkioksidi on vakiintunut puolijohdemateriaali, joka on yhteensopiva olemassa olevien kiteiden kasvatus- ja valmistustekniikoiden kanssa, tutkijat ehdottavat, että löydetty vikakohta voisi tarjota skaalautuvan alustan integroiduille kvanttilaitteille, jos se toteutetaan kokeellisesti.

SKKU:n professori Hosung Seo toteaa: ”Tämä työ on ensimmäinen, joka osoittaa, että vankka, syvän tason spin-kubitti on mahdollinen sinkkioksidissa, joka on tyypillinen oksidipuolijohde. Yhdessä kypsien oksidipuolijohteiden kasvu- ja valmistusteknologioiden kanssa siitä voisi kehittyä integroitu, skaalautuva alusta kvanttivalonlähteille, kvanttiantureille ja kvanttiverkoille

Entistä puhtaampaa kubittipiitä

Melbournen ja Manchesterin yliopistojen tutkijat ovat kehitelleet läpimurtotekniikan erittäin puhdistetun piin valmistamiseksi, mikä tuo tehokkaiden kvanttitietokoneiden kehityksen ison askeleen lähemmäksi.

Projektin toinen valvoja, professori David Jamieson Melbournen yliopistosta, sanoi, että innovaatiossa käytetään puhtaasta stabiilista piistä valmistettuihin kiteisiin istutettuja fosforiatomien kubitteja ja että se voisi voittaa kvanttilaskennan kriittisen esteen pidentämällä tunnetusti hauraan kvanttikoherenssin kestoa.

”Piin ongelmana on, että vaikka luonnossa esiintyvä pii on enimmäkseen toivottua isotooppia pii-28, siinä on myös noin 4,5 prosenttia pii-29:ää. Pii-29:llä on jokaisen atomin ytimessä ylimääräinen neutroni, joka toimii kuin pieni hämähäkkimagneetti, joka tuhoaa kvanttikoherenssin ja aiheuttaa laskentavirheitä”, hän sanoi.

Tutkijat suuntasivat kohdennetun, nopean puhtaan pii-28-ionomin säteen piisiruun, jolloin pii-28 korvasi vähitellen pii-29-atomit sirussa ja vähensi pii-29:n pitoisuutta 4,5 prosentista kahteen miljoonasosaan (0,0002 prosenttiin).

”Hyvä uutinen on, että kun olemme puhdistaneet piin tälle tasolle, voimme nyt käyttää standardikonetta – ioni-implanteria – jonka löydät mistä tahansa puolijohdevalmistuslaboratoriosta ja joka on viritetty tiettyyn suunnittelemaamme kokoonpanoon”, professori Jamieson sanoi.

Aiheeseen liittyen IBM kertoi kesällä sopineensa HRL Laboratoriesin ostamisesta.

IBM uskoo, että HRL:n edistynyt asiantuntemus piihin perustuvien spin-kubittien suunnittelussa täydentää ja laajentaa yhtiön pitkän aikavälin tehtäväämme skaalata tehokkaita kvanttitietokoneita.

Sekä suprajohtavat kubitit että spinkubitit hyödyntävät huippuluokan piin valmistustekniikkaa. Tämä yhteinen perusta on yksi syy siihen, miksi nämä kaksi menetelmää tarjoavat uskottavia polkuja kvanttiteknologioiden skaalaamiseen, todetaan IBM:n tiedotteessa.

Elokuu 2026