Tällä hetkellä kvanttitietokoneiden alaa hallitsevat Yhdysvallat ja Kiina. Heidän taistelullaan maailman herruudesta on monia vaikutuksia, ja kvanttiteknologia ilmentää yhtä niistä. Molemmat maat ovat saavuttaneet kvanttiylivoiman ja ovat paperilla pisimmällä kvanttitietoliikenteen vielä orastavalla alalla. Tämä tarina ei kuitenkaan alkanut niistä.
Se syntyi Euroopassa. Ja se syntyi aikana, jolloin kvanttitietokoneita oli jo kuvattu teoreettisesti, mutta ne näyttivät mahdottomilta toteuttaa. Kaikki muuttui vuonna 1995. Tuona vuonna espanjalainen fyysikko Ignacio Chirac ja itävaltalainen veteraanifyysikko Peter Zoller julkaisivat artikkelin, jota pidetään yksimielisesti kulmakivenä, joka tuki nykypäivän kvanttitietokoneiden syntyä. Ilman heidän työtään nykyaikaisia kvanttitietokoneita ei todennäköisesti olisi olemassa. Tai ainakin ne olisivat tulleet myöhemmin.
Kaikki alkoi Siracista ja Zollerista
Näiden kahden tutkijan tiet risteytyivät 1990-luvun alussa. Ignacio Cirac valmistui Madridin Complutense-yliopistosta vuonna 1988 ja päätti lähteä Yhdysvaltoihin tekemään väitöskirjaansa arvostetun fyysikon Peter Zollerin kanssa. Heidän yhteistyönsä oli alusta alkaen hyvin hedelmällistä, ja yhdessä he alkoivat työskennellä lupaavien mutta haastavien alojen, kuten kvanttisalauksen ja teleportaation parissa. Ennen heitä muut tutkijat olivat spekuloineet mahdollisuudella luoda kvanttitietokone, mutta kukaan ei tiennyt, miten se voitaisiin tehdä.
Siihen aikaan kukaan fyysikko ei tiennyt oikeaa strategiaa Kvanttitietokoneiden kehittämiseksi. Zoller ja Sirac tiesivät.
Vuonna 1994 Sirac ja Zoller osallistuivat konferenssiin, jossa muut tutkijat selittivät kvanttitietokoneiden valtavia mahdollisuuksia puhtaasti teoreettisesta näkökulmasta. Tuolloin kukaan fyysikko ei kuitenkaan tiennyt, mikä olisi oikea strategia tällaisen koneen kehittämiseksi. Pian konferenssiin osallistumisen jälkeen Zoller ja Sirak tajusivat, että he olivat löytäneet keinon rakentaa kone, joka pystyisi suorittamaan laskutoimituksia kvanttimittien eli qubittien avulla.
Heidän tutkimusjulkaisunsa julkaistiin Physical Review Letters -lehdessä 15. toukokuuta 1995. Sen otsikko oli ”Quantum computing using cold trapped ions”, ja sen eksoottisuudesta huolimatta monet muut fyysikot ymmärsivät nopeasti, että Sirakin ja Zollerin ehdotuksessa oli valtavasti potentiaalia. Jos aiomme asettaa päivämäärän, jonka perusteella voimme tunnistaa kvanttitietokoneiden syntyyn johtaneen idun, on järkevää olettaa, että sen pitäisi olla se päivä, jolloin nämä kaksi eurooppalaista fyysikkoa julkaisivat tekstinsä.
Joka tapauksessa yksi heidän suurimmista saavutuksistaan oli heidän kykynsä yhdistää atomifysiikan, molekyylifysiikan ja optiikan kanssa kvanttitietokoneita koskevat abstraktit teoriat, joiden parissa muut fyysikot olivat työskennelleet ennen heitä. Itse asiassa hänen tieteellisen tekstinsä otsikko sisältää jo yhden tällä hetkellä saatavilla olevista edistyneimmistä qubittityypeistä: ioniin loukkuun jääneet kvanttibitit. Honeywell ja IonQ ovat kaksi yritystä, jotka ottivat viestikapulan haltuunsa ja onnistuivat useiden vuosikymmenten jälkeen kehittämään tämäntyyppisiä kvanttikoneita.
Tiedeyhteisön tunnustusta ei tarvinnut odottaa kauan. Zoller ja Sirak vakiinnuttivat asemansa avainhenkilöinä kansainvälisten tutkimusryhmien perustamisessa, ja ennen kaikkea molemmat osallistuivat aktiivisesti eurooppalaisten ohjelmien luomiseen kvanttiteknologian kehittämiseksi. Zoller on 2000-luvun alusta lähtien tehnyt tiivistä yhteistyötä Innsbruckissa Itävallassa sijaitsevan Institute for Quantum Information and Optics -instituutin kanssa. Vuodesta 2001 Sirak on johtanut teoreettista osastoa Max Planck Society Institute for Quantum Optics -instituutissa Garchingissa, rauhallisessa kaupungissa muutaman kilometrin päässä Münchenistä Saksassa.
Eurooppa ei ole onnistunut siirtämään akateemista johtajuuttaan teollisuuteen.
Ignacio Siracin, Peter Zollerin ja monien muiden tutkijoiden, joiden kanssa he työskentelivät, sinnikkyys ei riittänyt antamaan Euroopalle teollista johtoasemaa kvanttitietokoneiden alalla. Nykyään vanha maailma on edelleen maailman johtava tutkimusmaa muun muassa hollantilaisen Delftin teknillisen yliopiston, saksalaisen Max Planck -yhdistyksen kvanttioptiikan instituutin, Zürichissä sijaitsevan Sveitsin teknillisen korkeakoulun, Pariisissa sijaitsevan Centre for Quantum Technologiesin, Yhdistyneessä kuningaskunnassa sijaitsevan National Centre for Quantum Computingin ja Espanjassa sijaitsevan Institute for Photonic Sciencesin kvanttifysiikkaryhmien tekemän työn ansiosta.
Johtajuus tieteellisessä tutkimuksessa ei välttämättä takaa teollista johtajuutta näiden teknisten innovaatioiden soveltamisessa.
Se ei kuitenkaan riitä. Johtajuus tieteellisessä tutkimuksessa ei välttämättä takaa teollista johtajuutta näiden teknisten innovaatioiden soveltamisessa. Tämä on suuri ongelma, jonka Eurooppa on kohdannut. Se ei ole onnistunut siirtämään akateemista johtajuuttaan teollisuuteen. Keskustellessani lokakuussa 2019 Espanjan kansallisen tutkimusneuvoston (CSIC ) perusfysiikan instituutin (Institute of Fundamental Physics ) tutkijan Juan José García Ripolin kanssa, joka työskentelee kvantti-informaatio ja kvanttiteorian perusteet -ryhmässä, fyysikko selitti minulle, miksi Eurooppa ei nykyään enää kilpaile Yhdysvaltojen tai Kiinan kanssa, vaikka se voisi tehdä niin.
Kuten olemme nähneet, vanhalla maailmalla oli tieteellinen etu tällä alalla, mutta se on menettänyt sen, koska vain viidessä vuodessa useat kansainväliset yritykset ja laboratoriot ovat sijoittaneet valtavia summia rahaa useiden ryhmien edistämiseen ja saavuttaneet eksponentiaalista edistystä tällä alalla. Tämä muistuttaa meitä siitä, miten tärkeää on huomata, mikä on strategisesti kiinnostavaa, ja olla menettämättä tätä jalansijaa. Eurooppa rakensi tämän alan.
Vain kaksi ja puoli vuosikymmentä sitten kvanttilaskentaa pidettiin ”hulluna” fysiikkana, ja silti Eurooppa pystyi tukemaan hyvin perustavanlaatuista ja uraauurtavaa tutkimusta, jolla ei tuolloin ollut selkeää tulevaisuutta, ja se ajoi sitä merkittävästi eteenpäin, ja kun tuli aika siirtää se teolliseen maailmaan, se jäi jälkeen. ”Vika on luultavasti tiedeyhteisössämme ja ennen kaikkea liike-elämässämme, joka on vähemmän innovatiivinen ja jonka on vaikeampi ottaa riskejä tällaisissa riskialttiissa hankkeissa”, sanoo Juan José García Ripoll.
Euroopassa on kvanttitietokoneita kehittäviä yrityksiä. Itävaltalainen Alpine Quantum Technologies, suomalainen IQM, brittiläinen Oxford Quantum Circuits, ranskalainen Pasqal, saksalainen eleQtron, sveitsiläinen Terra Quantum ja espanjalainen Qilimanjaro Quantum Tech ovat yhä kilpailukykyisempiä. Niiden mittakaava ei kuitenkaan tällä hetkellä anna niille mahdollisuutta kilpailla tasavertaisesti yhdysvaltalaisten IBM:n, Honeywellin, Googlen, Intelin tai Microsoftin kvanttilaskentayhtiöiden kanssa. Kiina pelaa eri sarjassa. Tutkimuskeskuksilla ja yrityksillä on Kiinan hallituksen ehdoton tuki, joten niillä on käytössään merkittäviä resursseja. Tulokset vahvistavat tämän.
