Taiteilijan näkemyksessä bolometrista näkyy grafeenikalvon yhden atomin paksuinen rakenne. Kuva: Heikka Valja
Taiteilijan näkemyksessä bolometrista näkyy grafeenikalvon yhden atomin paksuinen rakenne. Kuva: Heikka Valja

Aalto-yliopiston ja VTT:n bolometri voi lukea kvanttitietokoneen kubitteja.

Aalto-yliopiston ja Teknologian tutkimuskeskus VTT:n tutkijat ovat kehittäneet uuden, entistä tarkemman säteilyn ilmaisimen.

Bolometriksi sanottu nanokokoinen ilmaisin on sata kertaa nopeampi kuin edeltäjänsä. Siksi ilmaisinta voi käyttää kvanttitietokoneissa lukemaan kubittien eli kvanttitietokoneiden laskentaa tekevien osien tietoja.

Bolometri on niin pieni, että se mahtuisi bakteerin sisään. Tutkimuksen julkaisi tiedelehti Nature.

Sisältö jatkuu mainoksen jälkeen

Uudenlainen ilmaisin perustuu grafeeniin, joka on hiilen yhden atomikerroksen paksuinen olomuoto.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Grafeenikalvo varaa lämpöä erittäin huonosti, minkä ansiosta sillä voi havainnoida äärimmäisen heikkoa lämpösäteilyä.

Grafeenista tehty mittalaite on nopea, sillä se havaitsee muutokset alle mikrosekunnissa, siis sekunnin miljoonasosassa.

Uusi bolometri on sata kertaa nopeampi kuin saman ryhmän aikaisempi laite, joka tehtiin kultapalladiumista.

”Uusi säteilynilmaisin on niin tarkka, että se näyttäisi riittävältä sen käyttöön kvanttitietokoneissa”, kommentoi Aalto yli­opiston kvanttilaskennan ja -laitteiden tutkimusryhmän johtaja professori Mikko Möttönen.

Ilmaisimen toiminnasta kertoo oheinen video. Nyt kehitetyn bolometrin suorituskykyä voidaan todennäköisesti vielä parantaa.

Kvanttitietokoneissa bolometriä käytettäisiin lukemaan kvanttilaskentaa tekeviä kubitteja. Siinä ajoitus on tärkeää.

Kubitit ovat piisirun pinnalla olevia pieniä metallisia saarekkeita, joihin syntyy varauksesta sähköinen loukku, johon fotoni voi jäädä vangiksi.

Jos kubitissa on fotoni, sen tilaa voi ajatella ykkösenä. Jos fotonia ei ole, kubitin voi ajatella olevan nollatilassa.

Kubitin kvanttiluonteesta johtuen molemmat tilat voivat olla laskutoimituksen aikana olemassa samaan aikaan. Fotoni siis sekä on loukussa että ei ole.

Jos kubitin tila luettaisiin kesken toimituksen, se pakottaisi kubitin jompaankumpaan tilaan. Tämä pilaisi laskutoimituksen.

Laskutoimituksen jälkeen kubitti voi sen olla sijaan jommassakummassa tilassa, joko varautuneena fotonilla tai ilman varausta, tietokonekielellä ykkösenä tai nollana.

Silloin kubitti pitää lukea mahdollisimman pian, mikrosekunneissa, ennen kuin se menettää mahdollisen energiansa omia aikojaan.

Lukeminen tehdään johtamalla kubittiin sähköä. Sähköistetty kubitti säteilee, ja bolometri mittaa säteilyn lämmön.

Säteilyn määrästä bolometri pystyy lukemaan, oliko kubitti lukuhetkellä nolla tai ykkönen. Tästä voidaan edelleen nähdä laskutoimituksen tulos.

Mutkikkaammissa kvantti­tietokoneissa, joissa on useita kubitteja, ne kaikki voidaan lukea omilla bolometreillaan.

Vaihtoehtoisesti kubitit voidaan virittää eri taajuuksille, jolloin yksi bolometri voi lukea ­useampia yhtä aikaa.

Nopeat bolometrit olisivat yksi osa tarkempia kvanttitietokoneita, jotka myös ovat vasta suunnitteluvaiheessa.

Niissä varsinaista laskentaa tekevien kubittien toimintaa valvottaisiin erillisillä varmistuskubiteilla.

Lukemalla näiden varmistuskubittien tila määräajoin laskun ollessa vielä käynnissä voitaisiin varmistaa, että laskutoimitus sujuu oikein.

Sisältö jatkuu mainoksen alla