Laskenta
Triplet-superjohtavuus ja kvanttikubit
Useimpia nykyisiä kvanttitietokoneiden prototyyppejä käyttävät superjohtavia materiaaleja kvanttien laskennan toteuttamiseen, koska nämä materiaalit pystyvät pitämään kvanttien ominaisuudet vakaampina, pääasiallisena vaihtoehtona on niin kutsuttu ”ansaittujen ionien kvanttitietokone”.
Tähän mennessä vain ansaitut ionimallit ovat osoittautuneet riittävän luotettaviksi, mutta ne rajoittavat voimakkaasti hyödyllisten kubittien määrää, joita ne voivat sisältää (kvanttitietokoneen vastine tavalliselle tietokoneen bitille).
Tietenkin ihanteellinen vaihtoehto olisi parantaa superjohtavia materiaaleja niin, että ne soveltuvat kvanttilaskentaan. Tässä suuntaan on tehty joitakin ponnistuksia, erityisesti lattice surgery ja with longer-lasting qubits. Mutta silti tämä ei riitä kaupallisten, skaalautuvien superjohtavien kvanttitietokoneiden luomiseen.
Toinen edistynyt tietojenkäsittelyn ala on spintroniikka, joka käyttää hiukkasten kvanttisia ominaisuuksia, spiniä, sähkövarauksien sijaan kuten perinteisessä elektronisessa laskennassa. Tähän mennessä kvanttilaskenta ja spintroniikka ovat olleet jossain määrin yhteydessä, mutta eivät suoraan yhdistyneet, koska superjohtavilla materiaaleilla ei ole spiniä. Ainakin tähän asti.
(Voit oppia lisää spintroniikasta artikkelissamme, joka on omistettu tälle tekniikalle)
Norjan tiede- ja teknologiayliopiston sekä Italian Università degli Studi di Salerno -tutkijoiden tiimi on saattanut löytää triplet-superjohtajan, superjohtajan, jolla on ainutlaatuiset spiniominaisuudet.
Tämä uusi superjohtava materiaali voisi olla pelin muuttaja superjohtavien kvanttitietokoneiden rakentamisessa. He julkaisivat löydöksensä Physical Review Letters -lehdessä otsikolla “Unveiling Intrinsic Triplet Superconductivity in Noncentrosymmetric NbRe through Inverse Spin-Valve Effects”.
“Triplet-superjohtaja on monien kiinteän aineen fysiikan alalla työskentelevien fyysikkojen toivelistalla korkealla. Materiaalit, jotka ovat triplet-superjohtajia, ovat eräänlainen ‘pyhä graali’ kvanttiteknologiassa, ja erityisesti kvanttilaskennassa.”
Professor Jacob Linder – Norwegian University of Science and Technology
Sillä välin toinen tutkijaryhmä Niels Bohr -instituutissa Kööpenhaminan yliopistossa, Norjan tiede- ja teknologiayliopistossa, Leiden Institute of Advanced Computer Science (Alankomaat), Chalmers University of Technology (Ruotsi), Regensburgin yliopistossa (Saksa) ja yrityksessä Quantum Machines on löytänyt tavan havaita vikoja, keskeinen ongelma, joka vaivaa superjohtavia materiaaleja, uudella tehokkaalla fluktuaation havaitsemismenetelmällä.
He julkaisivat löydöksensä Physical Review X2 -lehdessä otsikolla “Real-Time Adaptive Tracking of Fluctuating Relaxation Rates in Superconducting Qubits”.
Triplet-superjohtajat
Pyyyhkäise vierittääksesi →
| Teknologia | Kubitin vakaus | Skaalautuvuus | Energia‑tehokkuus | Kypsyys |
|---|---|---|---|---|
| Superjohtava | Kohtalainen | Korkea potentiaali | Matala (kryogeniikka) | Kaupalliset pilottihankkeet |
| Ansaitut ionit | Korkea | Rajoitettu | Kohtalainen | Kaupalliset pilottihankkeet |
| Triplet-superjohtava (ehdotettu) | Mahdollisesti korkea | Teoreettinen | Mahdollisesti parannettu | Kokeellinen |
Miksi se on tärkeää?
Teoriassa spini voisi olla täydellinen väline kvanttisen informaation siirtämiseen kubittien välillä ja eri kvanttitietokoneiden välillä.
Ongelma on, että nykyisessä muodossaan teknologia on liian epävakaa ja tiedonsiirto liian monimutkaista ollakseen käytännöllinen.
Tämä ei kuitenkaan välttämättä pidä paikkaansa, jos pääsemme käsiksi triplet-superjohtajiin. Tämä johtuu siitä, että ne voivat siirtää spinin ilman energiahäviöitä, joten superjohtavat hiukkaset kantavat nyt spiniä mukanaan.
“Triplet-superjohtajat mahdollistavat useita epätavallisia fysikaalisia ilmiöitä. Näillä ilmiöillä on tärkeitä sovelluksia kvanttiteknologiassa ja spintroniikassa.”
Professor Jacob Linder – Norwegian University of Science and Technology
Kun tavallinen singlet-superjohtaja voi kuljettaa energiaa ilman vastusta, triplet-superjohtaja voisi myös kuljettaa spin‑virtoja täysin ilman vastusta. Tämän seurauksena kvantti- tai spintroniikkatietokone voisi olla äärimmäisen nopea ja toimia lähes ilman sähköä!
Niobium–rheniiumseos
Työssään tutkijat havaitsivat, että NbRe, niobium–rheniiumseos, osoittaa käyttäytymistä, joka on tyypillistä triplet-superjohtajalle.
Tarkemmin sanottuna he löysivät “käänteisen spin‑venttiili‑efektin”, joka on erityistapaus giant magnetoresistance, monikerrospohjaisten materiaalien magneettinen ominaisuus, jonka löytäminen palkittiin vuoden 2007 Nobel-palkinnolla.
Tämä ei sinänsä ole todiste siitä, että NbRe on triplet-superjohtaja, mutta se todellakin osoittaa, että se ei käyttäydy tavallisen singlet-superjohtajan tavoin.
Pitkäaikainen potentiaali
Tällä löydöllä on lisäpotentiaalia, koska NbRe on helposti saatavilla ohutkalvomuodossa, ja heterorakenteen yksinkertaisuus tekee siitä erityisen käyttökelpoisen mahdollisena skaalautuvana alustana superjohtavalle spintroniikalle.
Lisäksi materiaali toimii superjohtajana suhteellisen korkeassa lämpötilassa (ainakin superjohtavien materiaalien standardien mukaan), eli vain 7 astetta Celsius‑asteikolla absoluuttisen nollapisteen yläpuolella -273,15 °C (−459,67 °F), kun taas useimmat muut ehdokkaat tarvitsevat vain yhden asteen nollapisteen yläpuolella.
Kuitenkin sekä niobium että rheniium ovat kalliita ja harvinaisia metalleja, joten ne eivät suoraan tee kvanttitietokoneista halvempia.
Seuraava askel on, että muut tutkijat vahvistavat nämä löydökset ja suorittavat lisätestejä, jotka osoittavat triplet-superjohtavuutta.
Triplet-superjohtajia voidaan myös käyttää erittäin eksoottisen hiukkasen, nimeltään “Majorana‑hiukkanen”, luomiseen, joka on oma antihiukkensa. Näin se voi suorittaa laskelmia kvanttitietokoneessa vakaasti.
Kun muut tutkijat lähestyvät Majorana‑hiukkasten hyödyntämistä ja Microsoftilla on jo siru, jossa on Majorana Zero Modes (MZMs), tämä vaikuttaa yhä lupaavammalta suunnalta kvanttilaskennan tulevaisuuden kehityksessä.
Kvanttimateriaalin vikojen havaitseminen
Liian nopeat muutokset
Materiaalit, joissa kubitit on upotettu, osoittavat usein vikoja, jotka aiheuttavat kubitin epäluotettavuuden. Nämä viat voivat vaihdella paikallisesti äärimmäisen nopeasti, joskus sadoista kerrasta sekunnissa.
Nykyinen näiden vikojen havaitsemismenetelmä, joka voi kestää jopa minuutin, on täysin riittämätön niiden nappaamiseen. Itse asiassa kukaan ei tarkalleen tiennyt, kuinka nopeasti tämä tapahtui ennen tätä.
Sen sijaan tutkijoiden on pakko mitata keskimääräinen energiahäviönopeus, mikä usein antaa epätäydellisen kuvan kubitin todellisesta suorituskyvystä.
Tämän seurauksena superjohtavuuteen perustuvat kvanttitietokoneet joutuvat turvautumaan moniin “temppuihin” suorittaakseen laskentansa, vaikka kubitti onkin usein kokenut decoherenssia, eikä käyttäjä pysty havaitsemaan sitä.
Klassisten tietokoneiden käyttäminen avuksi
Vikojen havaitsemisen nopeuttamiseksi tutkijat käyttivät Field-Programmable Gate Array (FPGA) -laitetta, erikoistunutta ohjainta. Nämä erikoispiirit eivät ole yhtä joustavia kuin CPU- tai GPU-piirit, mutta ne ovat erittäin erikoistuneita, paljon nopeampia tietyssä tehtävässä ja vähemmän energiatehokkaita.
Suorittamalla kokeen suoraan FPGA:lla he pystyivät muodostamaan “parhaan arvauksen” siitä, kuinka nopeasti kubitti menettäisi energiansa vain muutaman mittauksen perusteella.
Vaikka tämä vaikuttaa ilmeiseltä ratkaisulta, FPGA:n oikea ohjelmointi oli erittäin haastavaa, erityisesti jos FPGA:n täytyy olla hieman joustava.
He käyttämä menetelmä on, että piiri päivittää sisäistä “tietämystään”, jota kutsutaan Bayesilaiseksi malliksi, jokaisen kubitin mittauksen jälkeen.
Lähde: Physical Review X
Tämä mahdollisti järjestelmän jatkuvan mukautumisen siihen, miten se oppi kubitin tilasta mahdollisimman tehokkaasti.
“Ohjain mahdollistaa erittäin tiukan integraation logiikan, mittausten ja eteenpäin syötön välillä: nämä komponentit tekivät kokeemme mahdolliseksi.”
Associate Professor Morten Kjaergaard – Niels Bohr Institute
Kohti reaaliaikaista kalibrointia
Tähän mennessä kvanttilaskentateollisuuden on täytynyt vain “toivoa”, että niiden kubitit toimivat edelleen, ja se on tehnyt kovasti töitä decoherenssin todennäköisyyden ja nopeuden vähentämiseksi.
Mutta tämä uusi lähestymistapa avaa mahdollisuuden valita aktiivisesti luotettavia kubitteja, vaikka materiaalit eivät ole täydellisiä.
“Algoritmimme avulla nopea ohjauslaitteisto voi paikantaa, mikä kubitti on ‘hyvä’ tai ‘huono’, käytännössä reaaliajassa. Voimme myös kerätä hyödyllisiä tilastoja ‘huonoista’ kubitteista sekunneissa sen sijaan, että kestäisi tunteja tai päiviä.”
Associate Professor Morten Kjaergaard – Niels Bohr Institute
Pitkällä aikavälillä tämä avaa uuden tutkimusalan, jossa ymmärretään paremmin, mikä tekee yksittäisestä kubitista “huonon”, sen sijaan että luotettaisiin keskiarvoihin ja arvauksiin.
Yhteenveto
Kuten elektroniikan alkutaipaleella, kvanttilaskennan edistyminen tulee tulemaan monista eri suuntauksista.
Yksi tärkeä näkökohta on parempien superjohtavien materiaalien tuotanto, jotka pystyvät luomaan vakaampia ja kestävämpiä kubitteja. Ja mahdollisesti myös siirtämään informaatiota superjohtavan spin‑virran muodossa samanaikaisesti.
Sillä välin parannettu tietyn kubitin decoherenssin havaitseminen voisi tarjota anturi- ja ohjelmistopohjaisen menetelmän radikaalisti parantaa suorituskykyä ilman, että täytyy turvautua monimutkaisempiin tai vaikeammin valmistettaviin materiaaleihin.
Sijoittaminen kvanttilaskennan innovaatioihin
Microsoft
(MSFT )
Vaikka Microsoft on eniten tunnettu vahvasta läsnäolostaan käyttöjärjestelmissä Windowsin kanssa, se on myös jättiläinen monilla muilla teknologia-alueilla.
Esimerkiksi se on liike‑ratkaisujen johtaja, mukaan lukien Office (Outlook, Word, Excel ja PowerPoint), mutta myös yrityskeskustelut (Teams), pilvipohjainen tallennus (OneDrive), Visio (kaaviot, diagrammit), Loop (yhteistyötila) ja Access (tietokanta).
Vaikka se ei ole pilvipalveluiden johtaja (dominoi Amazonin AWS), Microsoft kattaa 20 % maailmanlaajuisesta pilvi‑infrastruktuurista Azure‑alustansa kautta, yhtä suuren osuuden kuin Google + Alibaba + Oracle yhteensä.
Lähde: Statista
Microsoft on myös LinkedInin, GitHubin, Xboxin ja monien maailman suurimpien videopelistudioiden omistaja.
Kun puhutaan tekoälystä, Microsoft on keskittynyt enemmän teknisiin käyttötapauksiin ja liikesovelluksiin kuin kuluttajasovelluksiin, erityisesti AI4Science-ohjelmalla, joka tarjoaa tekoälyjä tieteelliseen tutkimukseen.
Tämä sisältää esimerkiksi materiaalitieteilijöiden työn nopeuttamisen uusien molekyylien tai akkuelektrodien suunnittelussa, kun tekoäly rajoittaa 32 miljoonaa potentiaalista materiaalia 500 000 ehdokkaaseen ja sitten 800:aan alle 80 tunnissa.
Lähde: Microsoft
Tähän mennessä, kun puhutaan kvanttilaskennasta, Microsoft vaikutti jäävän jälkeen Googleen tai IBM:ään nähden; se tarjosi kvanttilaskennan pilvipalveluja Azure Quantumin kautta. Palvelu voi myös tarjota “hybridilaskentaa”, yhdistäen kvanttilaskennan perinteiseen pilvipohjaiseen supertietokonepalveluun.
Lähde: Microsoft
Kun Microsoft julkaisi oman Majorana‑hiukkasia hyödyntävän sirunsa alkuvuodesta 2025, yritys on noussut yhdeksi globaaleista kvanttilaskennan johtajista.
Uusien materiaalien, kuten triplet-superjohtajien, tai reaaliaikaisen kalibroinnin uusien mahdollisuuksien myötä on todennäköistä, että Microsoft pystyy jatkamaan kehitystä ja integroimaan nämä uudet työkalut omiin kvanttitietokoneisiinsa.
(Voit myös lukea artikkelimme, jossa tarkastellaan Microsoftia kokonaisuutena tarkemmin, jotta ymmärrät yrityksen paremmin.)
- Triplet-superjohtajat ovat edelleen kokeellisia, mutta niissä on suuri potentiaali.
- Reaaliaikainen kubitin kalibrointi on lähitulevaisuudessa ja käytännöllinen.
- Microsoft tarjoaa monipuolista kvanttialtistusta.
- IonQ, Rigetti ja D‑Wave tarjoavat puhtaamman sektorin herkkyyden.
Uusimmat Microsoft (MSFT) osakeuutiset ja kehitykset
Viitattu tutkimus
1. F. Colangelo et al, Unveiling Intrinsic Triplet Superconductivity in Noncentrosymmetric NbRe through Inverse Spin-Valve Effects. Phys. Rev. Lett. 135, 226002 – Julkaistu 25. marraskuuta 2025. DOI: https://doi.org/10.1103/q1nb-cvh6
2. Fabrizio Berritta, et al. Real-Time Adaptive Tracking of Fluctuating Relaxation Rates in Superconducting Qubits. Phys. Rev. X 16, 011025 – Julkaistu 13. helmikuuta 2026. DOI: https://doi.org/10.1103/gk1b-stl3
