Viisi asiaa, jotka päättäjien pitäisi tietää kvanttiteknologiasta Suomessa

1.  Olemme keskellä toista kvanttivallankumousta

1900-luvun puolivälin vaiheilla fyysikot alkoivat vähitellen ymmärtää, miten yksittäisiä kvanttiobjekteja ja -materiaaleja voidaan manipuloida ja hallita. Nämä ensimmäiset saavutukset johtivat sellaisten tiedonkäsittelyteknologioiden syntyyn, joiden pohjalle digitaalinen aikakausi alkoi rakentua. Parhaillaan elämme toista kvanttivallankumousta, jonka puitteissa kehitettävien laitteiden, algoritmien ja ohjelmistojen odotetaan tulevaisuudessa päihittävän tehokkuudessa klassiset laskenta-, viestintä- ja anturiteknologiat.

Nämä edistysaskeleet saavutetaan hyödyntämällä kvantti-ilmiöitä, kuten tiettyjen materiaalien suprajohtavuutta eli ominaisuutta, jossa sähkövirta pääsee etenemään häviöttä, kunhan lämpötila on riittävän matala. Kvantti-ilmiöiden uudenlaisen hyödyntämisen odotetaan mahdollistavan muun muassa paremman tiedon salauksen, ultraherkät kvantti-ilmaisimet, uusien lääkkeiden kehittämisen ja huipputehokkaan tietojenkäsittelyn.

Vuoden 2024 alussa maailmasta löytyy jo muutamia kymmeniä toimivia niin kutsuttuja varhaisia kvanttitietokoneita. Kaksi niistä sijaitsee Suomessa osana VTT:n ja Aallosta ponnistaneen IQM:n yhteistyötä. Ensimmäinen, viiden kubitin kvanttitietokone esiteltiin vuonna 2021, ja sitä seurasi 20 kubitin tietokone lokakuussa 2023.

2. Suomella on globaalisti ainutlaatuista osaamista – eikä vain kvanttitietokoneista

Suomi sai jo 1960-luvulla mainetta kvanttiteknologian edelläkävijänä matalan lämpötilan fysiikan saralla, jonka uranuurtajana toimi Olli V. Lounasmaa. Kuusikymmentä vuotta myöhemmin suomalainen kryogeeniteknologiaan erikoistunut yritys Bluefors on kvanttitutkimuksessa ja -teknologioissa käytettävien kylmälaitteiden johtava valmistaja maailmassa.

Lisäksi Aalto-yliopiston tutkijat ovat suprajohtavuuden tutkimuksen eturintamassa. Fysiikan professori Päivi Törmän johtama SuperC 2033 -konsortio pyrkii toteuttamaan huoneenlämpöisen suprajohteen vuoteen 2033 mennessä. Se voi mullistaa tieto- ja viestintätekniikan alan, joka on riippuvainen energiaintensiivisistä puolijohteista.

Suomalaiset tutkijat sukeltavat myös kvanttifysiikan syvimpiin mysteereihin. Professori Mika A. Sillanpään johtama tutkimusryhmä pyrkii todistamaan kvanttigravitaation olemassaolon yhdistäen Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian ja kvanttimekaniikan. Aallon vanhempi lehtori ja dosentti Sorin Paraoanu on juuri saanut 2 miljoonan euron rahoituksen osana kansainvälistä DarkQuantum-konsortiota, joka pyrkii osoittamaan pimeän aineen olemassaolon hyödyntämällä ultraherkkiä kvantti-ilmaisimia.

3. Osaajapula jarruttaa kehitystä – ratkaisu vaatii kansallisen strategian

Kvanttiteknologian eteenpäin viemistä hidastaa kova puute ammattitaitoisesta ja koulutetusta työvoimasta. Vaikka ongelma ei koske ainoastaan Suomea, sen vaikutukset ovat paikallisesti tuntuvia. Suomen kvanttialan lippulaivahanke (FQF) on määritellyt ratkaisujen hakemisen tähän haasteeseen yhdeksi tärkeimmistä painopistealueistaan.

Yksi ratkaisu olisi rekrytoida kansainvälisiä huippulahjakkuuksia. Yliopistot ja yritykset ovat vaatineet Suomen hallitusta tarkastelemaan maahanmuuttopolitiikkaansa uudelleen, jotta maa olisi houkuttelevampi potentiaalisille työntekijöille. Aalto-yliopiston rehtori Ilkka Niemelä otti asian esille puheessaan syyskuussa 2023.

Kehittyvät kvanttiteknologiat voivat avata ovia lukemattomille erilaisille käytännön sovelluksille. Niinpä yliopistojen, tutkimuslaitosten, teollisuuden ja valtionhallinnon on suunniteltava tulevan työvoiman kouluttamista laaja-alaisesti. Kvanttifyysikoiden lisäksi tarvitaan insinöörejä, ohjelmoijia, tuotesuunnittelijoita ja monia muita asiantuntijoita.

4. Kaupalliset sovellukset ponnistavat perustutkimuksesta

Soveltava tutkimus on alan kehittymiselle välttämätöntä, mutta kaikkien keksintöjen taustalla on lopulta uraauurtava ja pitkäjänteinen perustutkimus. Sen vuoksi on tärkeää, että julkiset rahoittajat ja myös yksityiset säätiöt kohdentavat jatkossakin varoja perustutkimukseen. Näistä investoinneista kuoriutuu tosimaailman sovelluksia, joista meillä on Suomessa runsaasti näyttöä.

Aiemmin mainittu kryogeeniteknologiayritys Bluefors on vain yksi esimerkki siitä, miten pitkäjänteinen tutkimustyö ja osaajien kouluttaminen ovat osoittautuneet arvokkaaksi voimavaraksi suomalaiselle teknologiateollisuudelle. Perustutkimusta tukevan ympäristön vaaliminen on välttämätöntä uusien sovellusten ja startup-yritysten kasvulle, ja se toimii tehokkaana välineenä kansainvälisten lahjakkuuksien houkuttelemiseen.

5. Suomi on kokoaan isompi peluri – kiitos muun muassa eri toimijoiden yhteistyön

Vuonna 2022 suomalaisissa tutkimuslaitoksissa, yliopistoissa ja yrityksissä työskenteli kvanttitieteen ja teknologian parissa yli 1 000 ihmistä, näistä noin puolet kahdessa ensimmäisessä. Kvanttialan yrityksissä työskentelevien määrä on Suomessa esimerkiksi Tanskaan verrattuna kaksinkertainen ja Ruotsiin verrattuna 20-kertainen.

Alan tutkijat ovat saaneet noin kymmenesosan kaikista Suomeen tulleista Euroopan tutkimusneuvoston rahoituksista, vaikka alan arvioitu kokonaisrahoitus vastasi vuonna 2022 vain muutamaa prosenttia maamme yliopistoissa ja tutkimuslaitoksissa tehtävästä tutkimuksesta. Määrä on viisinkertainen siihen nähden, mitä tutkimusrahoituksen volyymin perusteella voisi olettaa.

Suomen hallitus panostaa merkittävästi kvanttiteknologiaan. Vuosien 2024–2027 talousarviossa VTT:lle on varattu 79 miljoonaa euroa Otaniemeen rakennettavan Kvanttinova-puhdastilaympäristön kehittämiseen. Kvanttinova mahdollistaa mikroelektroniikan ja kvanttiteknologian prosessien skaalauksen teolliseen mittakaavaan saakka. VTT:lle on myönnetty myös 70 miljoonan euron rahoitus 300 kubitin kvanttitietokonetta varten.

Lisäksi Suomen Akatemia on juuri myöntänyt Suomen kvanttilippulaivalle 13 miljoonaa euroa kahdeksanvuotisen ohjelman ensimmäiselle viidelle vuodelle. Ohjelmassa keskitytään erityisesti yhteistyön tukemiseen ja uusien liiketoiminta- ja tutkimushankkeiden käynnistämiseen suomalaisten yliopistojen, tutkimuslaitosten ja yritysten välillä.

Siinä missä kvanttialan toimijat ovat maailmalla usein kilpailuasetelmassa keskenään, Suomessa vahva yhteistyön perinne on mahdollistanut huikeita saavutuksia – toki ystävällismielistä kilvoittelua unohtamatta.