Kanta-Häme

Fyysikko Mikko Möttösen tutkimusryhmä on saavuttanut kansainvälisesti merkittäviä läpimurtoja

Mikko Möttösen, 35, askelten tempo on samanaikaisesti täsmällinen ja vimmattu, kun hän singahtaa alas portaita Aalto-yliopiston Micronova-rakennuksen alakerrassa sijaitsevaan laboratorioonsa.

Sama hallittu vimma, äärimmäisen tehokkuuden tavoittelu, on siivittänyt fyysikon jo nuorella iällä yhdeksi kvanttifysiikan kärkinimistä Suomessa.

Möttösen tutkijaryhmä nousi otsikoihin viimeksi helmikuussa, kun se onnistui siirtämään lämpöä maksimaalisen tehokkaasti kymmenentuhatta kertaa pidemmälle kuin aikaisemmin on pystytty.

Uutinen oli odotettu, sillä jäähdytys on ollut yksi suurista kysymysmerkeistä supertehokkaiden kvanttitietokoneiden kehittämisessä.

Löydös oli myös Möttöselle erityisen merkittävä. Se ei ollut hänen ensimmäinen läpimurtonsa fyysikkona. Ei liioin artikkeli ollut hänen ensimmäinen artikkelinsa fysiikan kärkijulkaisussa 
Nature Physics.

Mutta se oli ensimmäisiä Möttösen omassa laboratoriossa syntyneitä suuria läpimurtoja. Ja tärkeä tulos sen jälkeen, kun Möttönen oli saanut Euroopan tutkimusneuvoston (ERC) nuoren tutkijan 1,5 miljoonan euron apurahan.

Lämmönjohtavuuslöydöksen ajoitus oli täydellinen, sillä Möttönen haki ja sai samoihin aikoihin ERC:ltä uuden kahden miljoonan euron rahoituksen kvanttitason jäähdyttimen rakentamista varten.

Mennään kvanttitietokoneisiin. 

Ei ole syytä itseruoskintaan, jos termi ei kerro mitään. Sen selittäminen kansantajuisesti ei ole helppoa alan tutkijallekaan.

Toiminnan tasolla kvanttitietokone voi ratkaista ongelmia, jotka ovat nykyisille tietokoneille ylivoimaisia. 

Jos nykyinen navigaattori voi laskea yhden auton nopeimman reitin Oulusta Helsinkiin, kvanttitietokone voisi laskea kaikkien liikkeellä olevien autojen optimaalisimmat reitit. 

Se voisi tuoda fiksumpaa tekoälyä ja auttaa esimerkiksi lentokentillä kasvojentunnistuksessa. Myös kemianteollisuudelle kvanttitietokone toisi mullistavaa laskentatehoa.

– Tässä on miljardin tai sadan miljardin dollarin kysymyksiä. Monimutkaisten molekyylien ja reaktioiden mallintaminen on ilkeän moniulotteinen ongelma klassiselle tietokoneelle, kvanttitietokoneelle ongelma ei ole yhtä vakava, Möttönen kertoo.

Syy johdattaa tekniikan tasolle. Yksinkertaistettuna: tavallinen tietokone käyttää bittejä, jotka voivat olla joko asennossa yksi tai nolla.

Kvanttitietokone taas käyttää kubitteja, jotka voivat sisältää joko ykkösen, nollan tai molemmat vaihtoehdot yhtä aikaa.

– Sieltä kautta tulevat ehkä ensimmäiset suuret sovellukset. Saadaan kemiallisia yhdisteitä ja niiden ominaisuuksia tarkemmin ratkaistua.

Mihin kaikkeen kvanttitietokone voi tuoda vastauksen, sitä ei kukaan, huippututkijakaan, osaa arvata.

Vielä kvanttitietokoneet ovat muistiltaan niin pieniä, ettei niillä voi ratkaista kuin yksinkertaisia ongelmia. Ja kooltaan suuria, koska ne toimivat superpakastimessa, joka vie sähköä saman verran kuin saunan kiuas. Jotta näistä ongelmista päästäisiin eroon, tekniikan kehittämiseen pumpataan tällä hetkellä suuria rahoja eri puolilla maailmaa.

Delft University of Technology Hollannissa sai jonkin aikaa sitten teknologiayhtiö Inteliltä lupauksen 50 miljoonan dollarin rahoituksesta kvanttitietokoneen kehittämiseen seuraavan 10 vuoden aikana.

Australiassa hallitus satsaa piipohjaisen kvanttitietokoneen kehittämiseen 26 miljoonaa dollaria. Britannian valtio investoi 270 miljoonaa puntaa kvanttiteknologian kehitystyöhön.

Kilpailua kvanttitietokoneesta johtaa Yhdysvallat, jossa Google osti vastikään University of Santa Barbaran huippututkimusryhmän. Puolet ryhmästä on nyt Googlen palkkalistoilla.

 

Mutta missä on Nokian jälkeinen Suomi? Kehityksen hännänhuippuna? Ehei.

– Tutkimusympäristö kvanttiteknologiaan ja kvanttilaitteisiin on Suomessa erittäin hyvä. Täällä on paljon alan osaamista.

– Ei ole monta paikkaa maailmassa, missä oltaisiin yhtä korkeatasoisia.

Uudella ERC-rahoituksella 12 hengen tutkimusryhmä pyrkii rakentamaan hallitun kvanttitason jäähdyttimen.

– Se on vielä ratkaisematon ongelma kvanttitietokoneen toiminnan kannalta. Kvanttibittejä ei ole pystytty alustamaan niin tarkasti kuin täytyisi, jotta suuren mittakaavan kvanttitietokone voitaisiin rakentaa, Möttönen kertoo.

Hänen kanssaan vastausta etsii kuusi väitöskirjan tekijää ja viisi tutkijatohtoria.

– Uusi ERC-raha kuulostaa tietysti siltä, että nythän minä uin rahassa, mutta ei se ihan niin mene, Möttönen naurahtaa.

– Kun tekee kokeellista tutkimusta, laitteisiin menee puoli miljoonaa. Satoja tuhansia kuluu pieniin nippeleihin, elektroniikkaan ja näiden valmistukseen. Ja sitten joudutaan maksamaan yleiskustannuksia. Jäljelle jäävä osuus on noin kolmen ihmisen palkka. Jos minulla on 12 ihmistä töissä, pelkällä ERC-rahalla ei pysty pyörittämään tutkimusryhmää.

Möttönen haki ETH:n Zürichin professuuria viime vuonna muun muassa siksi, että kymmenen miljoonan euron alkupaketin avulla hän olisi pystynyt paremmin keskittymään tutkimukseen. Nyt rahoituksen varmistaminen on laitettava etusijalle.

Tutkimusrahojen leikkaukset näkyvät fysiikan kuumimpiin lukeutuvalla alalla.

– Se on ikävä juttu, mutta rahoituksen hakeminen pitää laittaa prioriteettijärjestyksessä korkeimmalle, korkeammalle kuin normaali tutkimuksen tekeminen. Koska jos emme saa rahaa, tutkimus loppuu.

Joidenkin arvioiden mukaan kvanttitietokoneet tulevat jo 2020-luvulla. Möttönen suhtautuu kysymyksiin tulevaisuudesta tiedemiesmäisellä harkinnalla.

– Tutkimuksessa on oppinut sen, että yksi asia johtaa toiseen ja se taas kolmanteen. Voit ehkä ensimmäisen asian arvata, mutta et enempää.

Toki hän toivoo, että kvanttitietokone saadaan hänen aikanaan tehtyä.

– Sen näkee sitten, keitä ne pelurit ovat, jotka koneita alkavat myymään, mutta siinä olisi hienoa olla mukana, hän visioi.

– Itse kvanttitietokonettahan me emme suunnittele, vaan se rakennettaisiin jossain muualla. Me yritämme tehdä jäähdyttimiä, jotka auttavat sen kehittämisessä.