������

Suomalainen kvanttiteknologia-ala on kokoaan suurempi. Tänä vuonna ajatushautomo European Centre for International Political Economy sen maailman toiseksi parhaaksi. Alalta tuskin löytyy ketään, joka ei nimeäsi Jukka Pekolaa yhdeksi tämän menestyksen avaintekijöistä.

Teknillisen fysiikan laitoksen professori Pekola on maailman johtavia kvanttitermodynamiikan eli kvanttimekaniikan ja lämpöopin rajapinnassa olevan kvanttijärjestelmien lämpöenergian tutkimuksen asiantuntijoita. Hän johtaa Aallon koordinoimaa Suomen kvanttiyhteisö ja omaa -tutkimusryhmäänsä sekä toimii Suomen kansallisen tutkimusinfrastruktuuri OtaNanon tieteellisenä johtajana. 

Aiemmin Pekola johti kahta menestyksekästä kvanttiteknologian huippuyksikköä, toimi kahdesti akatemiaprofessorina ja oli mukana perustamassa maineikasta Nanotiedekeskusta Jyväskylän yliopistossa. Pekola, jonka tieteellisiin julkaisuihin on viitattu yli 20 000 kertaa, nimitettiin Aalto-professoriksi 1. syyskuuta.

Pekola pysyy nöyränä ansioistaan huolimatta. “Ihan ensimmäiseksi luulin saavani potkut”, Pekola kertoo hetkestä, kun sai kutsun tapaamiseen, jossa rehtori Ilkka Niemelä  ja provosti Kristiinä Mäkelä kertoivat nimityksestä. “Onhan tämä suuri kunnia erityisesti minulle mutta toivoakseni myös koko kvanttiyhteisölle.”

Eläkkeelle Pekola ei ehdi vielä jäädä. Hän sai juuri merkittävän rahoituksen, jonka turvin hän tutkii termodynamiikkaa kvanttisysteemeissä ja lämmönhallintaa tulevaisuuden kvanttilaitteiden kuten tietokoneiden tarpeisiin. Tarkoitus on etsiä ratkaisua kvanttiteknologioiden keskeiseen ongelmaan eli komponenttien ylikuumenemiseen. 

Se on haaste, jollaisia Pekola ei ole koskaan kaihtanut. 

Huipulle omaa juttua tekemällä

1970-luvulla luonnontieteistä kiinnostunut ylioppilas Pekola halusi Teknillisen korkeakoulun fysiikan laitokselle, koska sinne oli hänen mukaansa vaikea päästä.

“Se oli jo silloin paras paikka opiskella fysiikkaa Suomessa.”

Pekola päätyi harjoittelijaksi arvostettuun professori Olli V. Lounasmaan johtamaan Kylmälaboratorioon. Maisterin ja tohtorin tutkintojen ja Kalifornian Berkeleyssä suoritetun post-doc-vaiheen jälkeen hän seurasi professori Mikko Paalasta (nykyään Aalto-yliopiston emeritusprofessori) Jyväskylään tutkimaan nanofysiikkaa 1990-luvun alussa.

Pekola ja Paalanen perustivat laboratorion ja uuden tutkimusalueen Suomeen lähes tyhjästä. ”Meillä oli aika alkeelliset olot silloin. Muistan, että pyysin viereisestä verstaasta likaista kuparia, sahasin siitä sopivan palan ja höyrystin sen piikiekon pinnalle uudeksi nanokomponentiksi.” 

Siinä syntyi puolivahingossa kvanttipiirin kanssa samalle sirulle sijoitettava jäähdytin, joka perustuu elektronien liikkeeseen kuparista suprajohteeseen. Tämä ja samoihin aikoihin kehitetty nanolämpömittari pkuuluvat Pekolan merkittävimpiin saavutuksiin, ja niitä on käytössä monissa tutkimusryhmissä ympäri maailmaa. 

“En ole halunnut rynnätä minne kaikki muutkin, vaan olen yrittänyt aina löytää jonkin oman jutun ja sitä sitten kasvattaa.”

Se on kannattanut. Vuonna 2002 Otaniemeen palanneen Pekolan tutkimus on voittanut lukuisia palkintoja kuten arvostetun Simon Memorial Prize -palkinnon. PICO-ryhmä tunnetaan maailmalla kvanttitermodynamiikan edelläkävijänä. 

‘Kvanttimekaniikan ja termodynamiikan risteys on erittäin hedelmällinen tutkimusalue. Minua kiinnostaa erityisesti mistä eristetyt kvanttijärjestelmät saavat lämpötilansa eli miten ne termalisoituvat”, Pekola sanoo. ”Se on ollut avoin kysymys jo lähemmäs sata vuotta, mutta nyt teknologia on kehittynyt siihen pisteeseen, että sitä voi tutkia myös kokeellisesti.”

Pekolan mukaan raja teoreettisten ja kokeellisten fyysikoiden välillä on teknologian kehityksen myötä hämärtynyt.

“Esimerkiksi Aallon oma kvanttitietokone Q20 on alusta, jolla pääsee sorkkimaan kubittien välisiä kytkentöjä ja niiden taajuuksia. Sitä kautta teoreetikkokin voi olla kokeilija, mikä on iso muutos. PICO-ryhmässä emme erottele teoreetikkoja kokeilijoista, vaan teemme kokonaisvaltaista tutkimusta jäsenten oman osaamisen pohjalta.”

Löydön jälkeen Pekola usein ojentaa kapulan seuraavalle. Esimerkiksi VTT on jatkanut Pekolan lämpömittarin ja jäähdyttimien kehitystyötä ja niitä yritetään tällä hetkellä myös kaupallistaa.

“Minulle kuuluu enemmän se perustutkimus ja sitä kautta uusien siemenien löytäminen.” Pekola lisää, että se on elintärkeää, sillä kvanttiteknologian kehitykseen liittyy vielä paljon kysymysmerkkejä.

“Kvanttitietokoneisiin halutaan lisää ja lisää kubitteja, mutta jossain kohtaa kvanttitietokoneetkin kohtaavat saman ongelman kuin muu elektroniikka: lämpöä syntyy liikaa. Meidän täytyy tuntea kvanttijärjestelmien rajoitukset nykyistä paremmin.”

Hänen mukaansa on toinenkin, vielä tärkeämpi syy. ”Kylmälaboratorion esimerkki on osoittanut, että sinnikäs perustutkimus kantaa hedelmää sekä tieteellisen että yhteiskunnallisen edistyksen kannalta.”

Kvanttialan muodonmuutos

Otaniemessä on tutkittu kvanttiteknologiaa 1960-luvulta asti, ja viimeisten 30 vuoden aikana ala on kokenut täydellisen muodonmuutoksen.

“Suomalaisella kvanttialalla on nyt hyvä yhteishenki. Rahoitus on moninkertaistunut, tutkimusryhmien määrä on räjähtänyt ja yrityksiä syntyy spontaanisti. Nykyään tutkitaan paljon uusia aiheita kuten kvanttialgoritmeja ja kvanttimateriaaleja. InstituteQ:ssa ja Kvanttilippulaivassa on mukana yliopistoja, tutkimuslaitoksia ja yrityskumppaneita, ja nyt teemme yhteistyötä myös loppukäyttäjäfirmojen kanssa, jotka hekin nekin panostavat kvanttiin.”

Pekolan mukaan kvanttialalle on nyt helpompaa lähteä kuin koskaan aiemmin.

“Ihan viimeisen parin vuoden aikana kvanttialan koulutus on ottanut huiman loikan esimerkiksi ristiinopiskelun, tohtoripilotin ja uusien maisteripaikkojen myötä. Alasta kiinnostuneille opiskelijoille voidaan nyt tarjota paljon paremmat puitteet kuin minun aloittaessani.”

Huimasta kehityksestä huolimatta suomalaisen kvanttialan ei Pekolan mukaan kannata lähteä kilpailemaan raa’alla voimalla.

“Minusta meidän yliopistotutkijoiden ei tule kehittää aina vain parempia kubitteja, koska silloin kisaamme Googlen ja muiden jättiläisten kanssa. Etenkin yliopistoissa meidän pitää aina pyrkiä löytämään se oma juttumme.”

Aalto-professorin arvonimi voidaan myöntää professorille, jonka tieteelliset ansiot ovat poikkeuksellisen merkittäviä.