QScale-tutkimushanke mullistaa kvanttilaskennan mahdollisuudet

Tampereen yliopisto on mukana uudessa kvanttitutkimuksen QScale-konsortiossa, jonka kokonaisbudjetti on viisi miljoonaa euroa. Tampereen osuus budjetista on noin 1,6 miljoonaa euroa.

Nykyisissä kvanttitietokoneissa on kymmeniä tai satoja laskentaa suorittavaa kubitteja eli kvanttibittejä. Kvanttitietokoneiden uskotaan saavuttavan ylivertaisen hyödyllisyytensä vasta, kun kubitteja on miljoona. 

Syyskuussa 2026 alkavan QScale-hankkeen tavoitteena on ratkaista yksi kvanttiteknologioiden keskeisimmistä skaalausesteistä, joka liittyy kvanttitietokoneen ohjaukseen. Kvanttitietokoneen kubitit toimivat ultrakylmissä olosuhteissa, ja tällä hetkellä kubitteja ohjataan sähkökaapeleiden avulla, jotka vuotavat lämpöä kubitteihin. Lämpövuoto lisää tietokoneen energiantarvetta. Miljoonan kubitin kvanttitietokoneen energiantarve on jo niin suuri, että sitä varten tarvittaisiin ydinvoimala. 

Laitteiden suorituskykyä ei siis voida tällä hetkellä kasvattaa lämpökuorman takia. 

– Jos tämä pullonkaula ratkaistaan, kvanttilaskenta voi aidosti siirtyä kokeellisesta vaiheesta teolliseen mittakaavaan ja mahdollistaa läpimurtoja muun muassa lääkekehityksessä, materiaalitutkimuksessa, optimoinnissa ja tekoälyssä, kertoo apulaisprofessori Jukka Viheriälä, joka johtaa hankkeen tutkimusta Tampereen yliopistossa.

Ultranopea teknologia siirtää tietoa valon avulla

Tutkijat pyrkivät korvaamaan nykyisen, lämpökuormaa ja kustannuksia aiheuttavan sähköisen kaapeloinnin ultranopealla teknologialla, jossa tietoa siirretään optisessa kuidussa, valon avulla. Samalla kvanttilaitteille tuotetaan erittäin tarkkoja ohjaussignaaleja. 

– Tämä vaatii monen siirtämisessä käytettävän komponentin ja järjestelmätason ratkaisun kehittämistä, Viheriälä kertoo.

Hän sanoo, että QScale-hanke rakentaa Suomelle uutta osaamispohjaa ja teollisesti hyödynnettävää teknologista alustaa radiotaajuustekniikan, fotoniikan, suprajohtavuuden, pakkaustekniikan ja kryogeniikan risteykseen.

Tampereen yliopisto kehittää korkean taajuuden signaalia

Tampereen yliopiston tutkijat kehittävät hankkeessa menetelmiä ja komponentteja, jotka synnyttävät korkean taajuuden mikroaaltosignaalin. Signaali auttaa ohjaamaan kvanttitietokoneen kubittia. Lisäksi Tampereen yliopiston tutkijat kehittävät hankkeessa myös pakkaustekniikkaa.

Tampereella rakennetaan myös QScale-hankkeen osaamista ja ekosysteemiyhteyksiä. Tampereen yliopiston siru- ja puolijohdetutkimuksen hankkeet, kuten SiPFAB, ChipIn ja SoC Hub, helpottavat myöhempää pilotointia, tuotannollistamista ja yrityspolkuja.

Hankkeessa hyödynnetään myös Tampereen yliopiston mikro- ja nanovalmistuksen infrastruktuuria, kansallisia infrastruktuureita (FUWIRI, PII, FinnLight) ja Tampereen yliopiston koordinoimia tohtoriohjelmia (I‑DEEP, MIELi).