Ensimmäinen suprajohtava kvanttilämpökone osoittaa, että lämpö voidaan valjastaa työksi myös kvanttimaailmassa
13.7.2026 12:00:00 EEST | Aalto-yliopisto | Tiedote
Suprajohtava kvanttilämpökone paitsi edistää termodynamiikan perustutkimusta, voi myös merkittävästi pienentää tulevaisuuden kvanttitietokoneiden hintalappua.

Viime vuosina fyysikot ovat alkaneet ymmärtää miten klassisen termodynamiikan periaatteita voi soveltaa kvanttimaailmaan. Se voi sekä vauhdittaa kvanttiteknologian kehitystä että syventää ymmärrystä termodynamiikan peruslaeista.
Lämpökoneet, kuten James Wattin kuuluisa höyrykone, muuntavat lämpöenergiaa työksi. Ne liikuttavat autoja, laivoja ja lentokoneita ja suuri osa voimalaitoksista tuottaa sähköä lämpökoneiden avulla. Tutkijoita on pitkään kiehtonut, voisivatko samat periaatteet toimia myös kvanttimaailmassa, jossa mittakaavana ovat atomiakin pienemmät hiukkaset.
Nyt Aalto-yliopiston tutkijat ovat rakentaneet maailman ensimmäisen syklisen ja suprajohtavan kvanttilämpökoneen: vain millimetrien kokoisen laitteen, joka koostuu transmon-kubitista eli kvanttibitistä, resonaattorista ja kvanttijäähdyttimestä.
Suprajohtava koneen toiminta perustuu siihen, että se muuttaa syklisesti lähelle absoluuttista nollapistettä jäähdytetyn kvanttijärjestelmän häviävän pieniä lämpöenergiamääriä käyttökelpoiseksi työksi. Kvanttitutkijat ovat pitkään tavoitelleet vastaavaa laitetta, ja nyt rakennettu kone on ensimmäinen osoitus siitä, että suprajohtavia lämpökoneita voisi tulevaisuudessa käyttää esimerkiksi kvanttitietokoneiden kehittämiseen.
Akatemiaprofessori Mikko Möttösen johtaman ryhmän tutkimus julkaistiin juuri arvostetussa Nature Communications -lehdessä.
Kvanttijäähdyttimessä kylmän ja lämpimän varastot samassa paketissa
“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”, tutkija Tuomas Uusnäkki sanoo.
Tutkijat onnistuivat hallitsemaan lämmön siirtymistä kvanttimaailmassa yhdistämällä transmon-kubitin kvanttijäähdyttimeen. Tavallisissa lämpökoneissa on erilliset kylmän ja lämpimän varastot, mutta kvanttijäähdyttimessä ne ovat samassa paketissa.
“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”, Uusnäkki selittää.
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”, Uusnäkki sanoo.
Autonomisista lämpökoneista vauhtia kvanttitietokoneiden kehitykseen
Tutkijoiden tavoitteena on rakentaa täysin autonominen eli itsenäinen lämpökone, jota voisi käyttää esimerkiksi kubittien tilan lukemiseen ilman, että niissä kulkeva mikroaaltopulssi pitää tuoda millikelvinien lämpötilasta huoneenlämpöön. Suprajohtavaan piiriin rakennetut autonomiset lämpökoneet voivat esimerkiksi pienentää tulevaisuuden kvanttitietokoneiden hintalappua.
“Suomen kvanttiteknologiastrategia tavoittelee tuhannen loogisen kubitin konetta vuoteen 2035 mennessä. Se todennäköisesti vaatii satoja tuhansia fyysisiä kubitteja, mikä nykytekniikalla tarkoittaa miljoonia tuhat euroa kappale maksavia mikroaaltokaapeleita, jotka myös lisäävät järjestelmään kohinaa. Autonomisia laitteita käyttämällä kaapeleita ei juuri tarvittaisi”, Möttönen sanoo.
Tutkijat käyttivät tutkimuksessaan OtaNanon, eli Suomen kansallisen nano-, mikro- ja kvanttiteknologian tutkimusinfrastruktuurin laitteita. Tutkimusta rahoittivat Suomen Akatemia ja Suomen Kulttuurirahasto.
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Tuomas Uusnäkki
Väitöskirjatutkija, Aalto-yliopisto
tuomas.uusnakki@aalto.fi
Mikko Möttönen
Akatemiaprofessori, Aalto-yliopisto
mikko.mottonen@aalto.fi
p. +358 50 594 0950
Kuvat

Linkit
Tietoa julkaisijasta
Aalto-yliopistossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Rakennamme kestävää tulevaisuutta saavuttamalla läpimurtoja avainalueillamme ja niiden yhtymäkohdissa. Samalla innostamme tulevaisuuden muutoksentekijöitä ja luomme ratkaisuja maailman suuriin haasteisiin. Yliopistoyhteisöömme kuuluu 16 000 opiskelijaa ja 5 200 työntekijää, joista 446 on professoreita. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.

Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Aalto-yliopisto
Kutsu: Miten Juhani Pallasmaa on vaikuttanut kansainväliseen arkkitehtuuriin? Huippuarkkitehdit kokoontuvat Pallasmaan 90-vuotisjuhlaseminaariin 25.9.4.9.2026 11:45:00 EEST | Kutsu
Miten Juhani Pallasmaan ajattelu arkkitehtuurista, aistimisesta ja ihmisen kokemuksesta elää tämän päivän arkkitehtuurissa? Pallasmaan 90-vuotisjuhlaseminaari tuo Aalto-yliopistoon joukon kansainvälisesti tunnettuja arkkitehteja ja Pallasmaan ajattelun jatkajia.
Kolme nousevaa Aalto-yliopiston tutkijaa sai EU:n kilpaillun rahoituksen3.9.2026 13:00:00 EEST | Tiedote
Dominik Baumann, Tero Mäkinen ja Owies Wani kehittävät tutkimushankkeissaan tekoälyagenttien kouluttamista vahvistusoppimisessa. materiaalivaurioiden fysiikan malleja ja elektrolyyttirakennetta energian varastointiin.
Aalto-yliopiston rehtori Ilkka Niemelä: Tekoälyn ajassa yliopistokoulutus rakentaa kykyä oppia, ajatella kriittisesti ja tehdä yhteistyötä1.9.2026 15:10:59 EEST | Tiedote
Yliopistossa yhdistyvät ne asiat, joita yhteiskunta juuri nyt eniten tarvitsee: ymmärrys ympäröivästä maailmasta ja uusimmista teknologioista sekä inhimillinen kyky kyseenalaistaa, arvioida ja innovoida, sanoo rehtori Ilkka Niemelä. Aalto-yliopiston lukuvuoden avajaisia vietettiin tiistaina 1. syyskuuta 2026.
Metallien kiertotalouden pioneeri Mari Lundström sai kansainvälisesti arvostetun Faradayn mitalin26.8.2026 10:00:00 EEST | Tiedote
Professori Mari Lundström on ensimmäinen sähkökemian Faradayn mitalilla palkittu suomalaistutkija. Aiempien mitalistien joukosta löytyy muun muassa Millennium-teknologiapalkinnon saaja sekä Nobel-voittajan ohjaaja.
Aalto-yliopisto tarjoaa valmiita oppituntimateriaaleja kyberturvallisuuden opettamiseen peruskoululaisille19.8.2026 13:25:00 EEST | Tiedote
Materiaalin avulla voidaan opettaa 3.–6.-luokkalaisille esimerkiksi turvallista netinkäyttöä, huijausten tunnistamista, henkilökohtaisten tietojen suojaamista sekä kriittistä ajattelua.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme