VTT:ltä alkunsa saanut startup kehittää täysin uudenlaisia transistoreja suprajohtavien kvanttitietojen skaalaamiseen. Laitteissa yhdistyy transistorien laskentateho ja suprajohteiden erittäin pieni tehohäviö. S-Transistors kehittää ensimmäisiä kvanttiemolevyjä, jotka mahdollistavat kryogeenisten kvanttitietokoneiden energiatehokkaan ja kustannustehokkaan laajan käyttöönoton.
S-Transistors keräsi ensimmäisellä siemenrahoituskierroksellaan 2,6 miljoonaa euroa kehittääkseen täysin uudenlaisen suprajohtaviin transistoreihin perustuvan integroitujen piirien luokan. Teknologialla on useita lupaavia sovelluskohteita energiatehokkaasta perinteisestä kvanttilaskennasta avaruusalusten elektroniikkaan, mutta hyöty on suurin erityisesti kvanttilaskennan alalla.
Rahoituskierrosta johti johtava pohjoismainen sijoittaja Lifeline Ventures, minkä lisäksi kierrokseen osallistui yksi enkelisijoittaja.
S-Transistors kohdistaa ensimmäisellä siemenrahoituskierroksella kerätyt varat usean kryogeenisen signaalin hallintaan ja käsittelyyn tarkoitettujen tuoteprototyyppien kehittämiseen, oman kryogeenisen laboratorion perustamiseen, pilottituotantolinjan perustamiseen suprajohtaviin transistoreihin perustuville piireilleen sekä tiimin kasvattamiseen.
Nykyiset kryogeenisesti jäähdytetyt suprajohtavat kvanttitietokoneet tarvitsevat paradigmaa muuttavan ratkaisun, jotta kvanttiprosessointiyksikön eli QPU:n (quantum processing unit) skaalausraja voidaan ylittää. QPU on kvanttibittien joukko, joka suorittaa kvanttilaskennan perinteistä keskusyksikköä vastaavalla tavalla. Rajoitus johtuu siitä, että kvanttiprosessoreita ohjataan nykyisin energiankulutukseltaan suurilla ja huonosti skaalautuvilla menetelmillä: kubittia kohti tarvitaan useita kalliita ja kookkaita kaapeleita, jotka kulkevat kryostaatin sisällä olevasta prosessorista huoneenlämmössä toimivaan elektroniikkaan. S-Transistorsin suprajohtava transistoriteknologia on jo saatavana kiekkotasolla, ja se tarjoaa nykyisiä vaihtoehtoja radikaalisti energiatehokkaamman ja kompaktimman ratkaisun.
”Nykyiset kryogeenisten kvanttitietokoneiden mittakaavan laajentamiseen tähtäävät pyrkimykset ovat tuottaneet valtavasti edistystä, ja useita käytännön sovelluskohteita on jo osoitettu. Skaalaaminen on kuitenkin lähestymässä rajaansa, sillä se perustuu paljon energiaa kuluttavaan ja huoneenlämmössä toimivaan elektroniikkaan sekä kunkin kvanttibitin eli kubitin erilliseen johdotukseen, jota tarvitaan kvanttitietokoneen ohjaamiseen ja sen yhdistämiseen ulkomaailmaan. Selkein tie eteenpäin – erityisesti suprajohtavien kvanttitietokoneiden tapauksessa – on siirtää perinteinen ohjaus- ja liitäntälaitteisto kryostaattiin herkän kvanttitilan suojelemiseksi kylmänä pidettävän kvanttisirun viereen. Tällainen integrointi on tehohäviön, nopeuden ja energiatehokkuuden näkökulmasta erittäin vaativaa”, sanoo Heorhii Bohuslavskyi, yksi S-Transistorsin perustajista ja yrityksen toimitusjohtaja. ”Suprajohtavat transistorit ovat puuttuva laitteistokomponentti, jota tarvitaan laajamittaiseen ja energiatehokkaaseen kvanttilaskentaan.”
Kryogeenisiä kvanttitietokoneita – myös suprajohtaviin kvanttibitteihin perustuvia – pidetään kvanttilaskennan skaalauksen kannalta lupaavimpina alustoina. Niiden täyden potentiaalin hyödyntämiseen tarvitaan satojen tuhansien kubittien kvanttitietokoneita sekä uusia teknologioita, jotka pystyvät tukemaan tällaisia laskentajärjestelmiä kyseisessämittakaavassa.
Eräs keskeisistä haasteista liittyy elektroniikkaan, jolla ohjataan kubitteja sekä lähetetään signaaleja kvanttiprosessoriin ja sieltä pois. Nykyään suuri osa näistä laitteista toimii kvanttiprosessointisirun kryogeenisen ympäristön ulkopuolella. Niiden siirtäminen lähemmäs kvanttiprosessoria ja niidenkäyttäminen erittäin alhaisissa lämpötiloissa voisi parantaa skaalautuvuutta huomattavasti.
Kyse ei kuitenkaan ole pelkästään perinteisten sirujen sijoittamisesta kylmään. Vaikka jotkin teolliset piitransistorit voivat toimia erittäin alhaisissa kryogeenisissä lämpötiloissa, niiden on vaikea yhdistääsuurten kubittimäärien hallintaan tarvittavaa suorituskykyä ja erittäin pientä virrankulutusta.Ylikuumeneminen voi häiritä kryogeenistä ympäristöä ja haitata kvanttiprosessorin herkkiä toimintoja.
Suprajohtavat transistorittarjoavat lupaavan ratkaisun tähän ongelmaan. Niissä yhdistyvät erittäin alhainen virrankulutus ja nopea suorituskyky sekä yhteensopivuus kvanttisuorittimen kryogeenisenympäristön kanssa.
”Transistori on ihmiskunnan historian eniten massavalmistettu laite. Kun sen toiminnallisuus ja ennennäkemätön laskentapotentiaali sekä lähes olemattoman tehohäviön mahdollistava suprajohtavuus yhdistetään yhdessä laitteessa, voimme saavuttaa täysin uuden tason energiatehokkaassa kryogeenisessä laskennassa. Tämä ratkaisee jo lähitulevaisuudessa suprajohtavan kvanttitietokoneen kryogeenisen signaalin reititys- ja toimitusongelmat. Todellinen visio on kuitenkin kvanttiemolevy: täysin uusi alusta kvanttitietokoneiden skaalausta, mK-lämpötiloissa toimimista ja kubittipohjaisen QPU:n hallintaa varten”, sanoo Andrey Generalov, yksi S-Transistorsin perustajista ja yrityksen teknologiajohtaja.
Yrityksen ensimmäinen tuote on suprajohtaviin transistoreihin perustuva multiplekseri, joka liitetään olemassa oleviin kryogeenisiin kokoonpanoihin ja joka nopeuttaa erilaisten kvanttilaitteiden kehittämistä ja prototyyppien valmistamista. Se toimitetaan ensimmäisille asiakkaille ja strategisille kumppaneille yrityksen ensimmäisen toimintavuoden aikana. Multiplekseri on ensimmäinen looginen askel kohti kvanttiemolevyä. Mahdollisten asiakkaiden ja yhteistyökumppanien mukaan se ratkaisee yhden akuuteimmista nykyisten suprajohtavien kvanttitietokoneiden skaalaukseen liittyvistä haasteita.
Ratkaisun potentiaali ulottuu huomattavasti kvanttilaskentaa ja antureita pidemmälle. Skaalautuva ja toistettavissa oleva suprajohtava transistoriteknologia kehitettiin teoriassa ensimmäisen kerran 1980-luvulla. Nykyisin sillä on merkittävä potentiaali perinteisen laskennan ja kvanttilaskennan, tekoälyn ja suurteholaskennan laitteistojen, avaruusalusten elektroniikan ja alkeishiukkasten ilmaisimien alalla. S-Transistors aikoo ottaa ensimmäisen askeleen laboratoriosta tuotantoon ja kohti asiakkaiden siirtymistä suprajohtavan transistoriteknologian käyttäjiksi.
”S-Transistors on yksi harvoista yrityksistä, jotka perustuvat aidosti uuden perusteknologian ympärille ja jotka voivat mullistaa kokonaisen teollisuudenalan. Kun kvanttitietokoneiden mittakaava kasvaa sadoista tai tuhansista kubiteista kohti kaupallisesti käyttökelpoisia laitteita, uskomme, että suprajohtavista transistoreista voi tulla keskeinen osa skaalauksen mahdollistavaa laitteistokokonaisuutta”, sanoo Lifeline Venturesin osakas Jyri Engeström.
”Strategiamme VTT:llä on lyhentää matkaa ideasta pilotointiin ja pilotoinnista kaupalliseen ratkaisuun. Aiomme olla jatkossakin mukana S-Transistorsin matkalla, kun yritys lähestyy valmistusvaihetta. Yrityksen suprajohtavan transistoriteknologian avulla voimme päästä tilanteeseen, jossa kvanttitietokoneet tuottavat vihdoin todellista hyötyä”, sanoo liiketoiminta-alueen johtaja Erja Turunen VTT:ltä.
MEDIAMATERIAALI: https://vtt.contenthub.fi/ui/shares/w20275311/7GpG281ad1/en/
Lisätietoja:
S-Transistors
Heorhii Bohuslavskyi, Co-founder and CEO of S-Transistors
[email protected]
VTT Technical Research Centre of Finland
Eija Tuominen, Research Team Leader
[email protected], tel. +358 503 296 207
Jatka lukemista
Palvelu:
Kvanttilaskenta
White paper:
Läpi kuolemanlaakson − Mistä Suomi kasvaa?
Asiakastarina:
Case: SemiQon – Täysi potentiaali irti kvanttiteknologiasta
Jaa
