Aalto-yliopisto rakentanut maailman ensimmäisen suprajohtavan kvanttilämpökoneen

Aalto-yliopisto on osoittanut toteen, että lämpö voidaan valjastaa työksi myös kvanttimaailmassa. Suprajohtavan kvanttilämpökoneen kehitys on merkittävä läpimurto julkisesti rahoitetussa kvanttiteknologian tutkimuksessa, ja se voi tulevaisuudessa pienentää kvanttitietokoneiden kustannuksia sekä haastaa pääomavaltaisen teknologiateollisuuden rakenteita. Tutkimus julkaistiin 13.7.2026 Nature Communications -lehdessä.

Kvanttilämpökone on hyvin pieni laite, vain muutaman millimetrin kokoinen. Siinä on kolme osaa: transmon-kubitti (kvanttibitti, eli kvanttijärjestelmän pienin yksikkö, joka voi olla samanaikaisesti useassa tilassa), resonaattori ja kvanttijäähdytin. Transmon-kubitti on kvanttibitti, samaa teknologiaa kuin kvanttitietokoneissa.

Suprajohtavan kvanttilämpökone toimii äärimmäisen kylmässä, lähes absoluuttisessa nollapisteessä. Vaikka lämpöä on niin vähän, ettei sitä juuri huomaa, laite pystyy silti käyttämään tuon pienen lämpöenergian hyödyksi ja muuttamaan sen työksi — eli tekemään sillä jotakin konkreettista.

”Kokeessamme rakensimme nanorakenteisiin perustuvan lämpökoneen suprajohtavilla piireillä ja ajoimme sitä kryostaatissa lähes absoluuttisen nollapisteen lämpötilassa. Koneen sydän on transmon-kubitti, jolla rakennetaan myös modernit kvanttitietokoneet”, sanoo Aalto-yliopiston kvanttifysiikan tutkija Tuomas Uusnäkki

Kvanttiteknologia ja vallan jakautuminen

Tutkijat onnistuivat hallitsemaan lämmön siirtymistä kvanttimaailmassa yhdistämällä transmon-kubitin kvanttijäähdyttimeen. Tavallisissa lämpökoneissa kylmä ja lämmin varasto ovat erillisiä, mutta kvanttijäähdyttimessä ne sijaitsevat samassa rakenteessa. Tämä yksinkertaistaa laitetta ja voi tulevaisuudessa vähentää kvanttitietokoneiden monimutkaisuutta.

Kvanttimaailma on luonnon kaikkein pienin taso, alue, jossa atomit ja hiukkaset käyttäytyvät tavalla, joka ei muistuta arkista fysiikkaa. Siellä hiukkaset voivat olla samanaikaisesti useassa tilassa, liikkua kuin aalto ja hiukkanen yhtä aikaa, ja muuttaa käyttäytymistään pelkästään siksi, että niitä mitataan. Kvanttimaailma on siis todellisuuden perimmäinen kerros, jossa energia ja aine eivät toimi mekaanisten sääntöjen mukaan, vaan noudattavat kvanttifysiikan lakeja. Juuri näitä ilmiöitä hyödynnetään kvanttitietokoneissa ja Aalto-yliopiston kvanttilämpökoneessa.

”Kvanttijäähdyttimen voi säätää joko lämmittämään tai jäähdyttämään kubittia tarpeen mukaan. Ohjasimme lämpökonetta tarkasti ajoitetuilla pulsseilla niin sanotussa Otto-syklissä ja mittasimme, miten kubitin tila muuttui koneen käydessä”, sanoo  Uusnäkki.

Otto-sykli on klassinen lämpökoneen toimintaperiaate, joka kuvaa energian muuntumista työksi. Kvanttimaailmassa sykli toteutetaan mikroaaltopulsseilla, jotka ohjaavat kubitin tilaa.

Tutkijat havaitsivat, että kubitin läpi virtaava lämpöenergia teki työtä.

”Tämä on ensimmäinen kerta, kun pystyttiin osoittamaan syklisen kvanttilämpökoneen toiminta suprajohtavassa piirissä. Se, että yksi kvanttijäähdytin hoitaa sekä lämmittämisen että jäähdyttämisen, tekee ratkaisusta yksinkertaisemman ja käyttökelpoisemman”, sanoo Tuomas Uusnäkki.

Kustannukset, kaapelit ja kapitalismin kritiikki

Kvanttitietokoneiden kehitys on tällä hetkellä vahvasti sidoksissa suuryritysten pääomiin, sillä järjestelmät vaativat kalliita mikroaaltokaapeleita ja monimutkaisia jäähdytysjärjestelmiä. Aalto-yliopiston tutkimus avaa mahdollisuuden autonomisiin lämpökoneisiin, jotka voivat vähentää kaapelien tarvetta ja siten pienentää kustannuksia.

”Suomen kvanttiteknologiastrategia tavoittelee tuhannen loogisen kubitin konetta vuoteen 2035 mennessä. Se todennäköisesti vaatii satoja tuhansia fyysisiä kubitteja, mikä nykytekniikalla tarkoittaa miljoonia tuhansia euroa kappale maksavia mikroaaltokaapeleita, jotka myös lisäävät järjestelmään kohinaa. Autonomisia laitteita käyttämällä kaapeleita ei juuri tarvittaisi”, sanoo Aalto-yliopiston akatemiaprofessori ja suomalaisen kvanttitietokoneyhtiö IQM Quantum Computersin perustajista. Mikko Möttönen Aalto-yliopiston tiedotteessa (13.7.2026).

Kustannusten aleneminen voi kaventaa teknologista kuilua, joka erottaa pääomavaltaiset toimijat ja julkisen sektorin. Julkisesti rahoitettu tutkimus voi näin vahvistaa yhteiskunnallista toimijuutta ja haastaa teknologisen vallan keskittymistä harvojen käsiin.

Tutkimus toteutettiin OtaNanon tutkimusinfrastruktuurissa, ja sitä rahoittivat Suomen Akatemia ja Suomen Kulttuurirahasto.

---