Ruotsalaiset tutkijat ovat saavuttaneet merkittävän läpimurron kvanttilaskennassa, joka voi nopeuttaa tekoälysovelluksia dramaattisesti ja mullistaa tapaa, jolla tekoälymalleja koulutetaan ja otetaan käyttöön.
- kesäkuuta 2025 Chalmersin teknillisen yliopiston tohtoriopiskelijan Yin Zengin johtama tutkimusryhmä esitteli pulssiohjatun kubittivahvistimen, joka ratkaisee yhden kvanttitietokoneiden skaalaamisen suurimmista haasteista: energiankulutuksen ja lämmöntuoton.
Innovatiivinen vahvistin aktivoituu vain silloin, kun kubiteista luetaan tietoa, ja kuluttaa vain kymmenesosan nykyisten parhaiden vahvistimien tarvitsemasta tehosta suorituskyvystä tinkimättä. Tämä merkittävä energiankulutuksen vähennys auttaa estämään kubitteja menettämästä kvanttitilaansa – ilmiö, joka tunnetaan nimellä dekoherenssi ja joka on ollut suuri rajoittava tekijä kvanttilaskennassa.
"Tämä on herkin vahvistin, joka voidaan tänä päivänä rakentaa transistoreilla", selittää Zeng, joka on IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques -lehdessä julkaistun tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja. "Olemme onnistuneet pienentämään sen energiankulutuksen vain kymmenesosaan nykyisten parhaiden vahvistimien tasosta suorituskyvystä tinkimättä."
Tutkimusryhmä hyödynsi geneettistä ohjelmointia mahdollistamaan vahvistimen älykkään ohjauksen, jolloin se kykenee reagoimaan saapuviin kubittipulsseihin vain 35 nanosekunnissa. Tämä nopeus on ratkaisevaa, sillä kvanttitietoa siirretään pulsseina ja vahvistimen on aktivoiduttava riittävän nopeasti pysyäkseen mukana kubittien luennassa.
Professori Jan Grahn, joka ohjasi tutkimusta, toteaa: "Tämä tutkimus tarjoaa ratkaisun kvanttitietokoneiden tulevaisuuden skaalaamiseen, jossa näiden kubittivahvistimien tuottama lämpö muodostaa merkittävän rajoittavan tekijän."
Vaikutukset tekoälylle ovat huomattavat. Wienin yliopiston tutkijoiden viimeaikaiset kokeet ovat osoittaneet, että jopa pienimuotoiset kvanttitietokoneet voivat parantaa koneoppimisen suorituskykyä uusien fotonisten kvanttipiirien avulla. Heidän havaintonsa viittaavat siihen, että nykyinen kvanttiteknologia ei ole enää pelkkää kokeilua – se voi jo nyt tarjota käytännön etuja tietyissä tekoälysovelluksissa.
Kvanttitietokoneet hyödyntävät kvanttimekaniikan periaatteita, jolloin kubitit voivat olla useassa tilassa samanaikaisesti. Tämä mahdollistaa monimutkaisten ongelmien käsittelyn, joihin perinteiset tietokoneet eivät kykene. Jo 20 kubitilla kvanttitietokone voi edustaa yli miljoonaa eri tilaa yhtä aikaa.
Kvanttitietokoneiden kasvaessa kubittien määrän myötä niiden laskentateho kasvaa eksponentiaalisesti, mutta samalla myös lämmönhallinnan ja dekoherenssin estämisen haasteet kasvavat. Chalmersin läpimurto vastaa suoraan tähän haasteeseen ja mahdollistaa suurempien, vakaampien ja erityisesti tekoälylaskentaan optimoitujen kvanttijärjestelmien kehittämisen.
Asiantuntijat ennustavat, että kvanttitehostettu tekoäly voi mullistaa aloja kuten lääkekehitys, materiaalitiede, finanssimallinnus ja monimutkaiset optimointiongelmat, jotka ovat nykyisin ratkaisemattomia jopa tehokkaimmille supertietokoneille.