Tässä raportissa tarkastellaan lippulaivahankkeen kvanttitutkimushankkeiden onnistuneita tuloksia ja konkreettisia saavutuksia ja tarkastellaan keskeisiä saatuja kokemuksia lippulaivahankkeen seuraavan vaiheen edetessä.
Käynnistysvaiheessa (2018–2022) lippulaivahankkeesta tuettiin 24:ää kvanttiviestintää, kvanttilaskentaa, kvanttisimulaatiota sekä kvanttianturia ja metrologiaa koskevaa hanketta (neljä kvanttitutkimuksen pääalaa) ja peruskvanttitieteitä. EU rahoitti eurooppalaista kvanttitutkimusta yli 175 miljoonalla eurolla vuodesta 2016 rahoittaessaan sekä lippulaivahanketta että QuantERAa, jolla tuetaan kvanttitutkimusta 31 Euroopan maassa.
Kaikki nämä saavutukset (ja monet muut saavutukset)ovat tulosta lippulaivahankkeeseen osallistuvien 1654 tutkijan ja 236 organisaation yhteistoiminnasta. Nämä ovat julkaisseet 1313 tieteellistä asiakirjaa (joista 223 on tarkistettavana). Tämä osoittaa selvästi, että lippulaivahankkeet ovat yhdessä saaneet arvosanansa tieteellisessä maailmassa.
Kasvuvaiheessa edistyttiin myös merkittävästi kohti lippulaivahankkeen päätavoitetta eli kvanttitutkimuksen siirtämistä laboratoriosta kaupallisiin sovelluksiin. On perustettu 25 startup-yritystä ja haettu 105 patenttia, joista 64 on jo myönnetty.
Raportissa käsiteltyjen lippulaivahankkeen painopistealojen keskeisiä saavutuksia ovat muun muassa seuraavat:
- kvanttilaskenta: maailmanlaajuisesti kilpailukykyiset kvanttitietokonejärjestelmät: Forschungszentrum Jülich (Saksa) pyrkii tarjoamaan pääsyn 100 kvanttitietokonerakennukseen yhden hankkeen tulosten perusteella, ja toisessa hankkeessa toteutettiin 50 kvanttimetrin ionijärjestelmä, joka ei tarvitse enempää energiaa kuin keittimen kiehuminen. startup-yrityksiä ovat aQt (Itävalta) ja Pasqal (Ranska), jotka molemmat tarjoavat jo kaupallisia kvanttilaskentaratkaisuja.
- kvanttiviestintä: kahden kvanttiprosessorin liittäminen välisolmun kautta ja useiden erillisten kvanttiprosessorien välinen yhteinen yhteenkytkentä, joka muodostaa kvanttiverkon; EuroQCI:tä koskevan etenemissuunnitelman julkaiseminen, kvanttiavaimen jakelun testausalustojen käyttöönotto (QKD), joka on ensimmäinen EuroQCI:n tarjoama palvelu; ja sertifiointivalmiit laitteet, kuten kvanttilukugeneraattorit.
- kvanttisimulaatio: ensin maailmassa on saavutettu käytännön kvanttietua tietyissä tieteellisissä ongelmissa, jotka liittyvät uusien materiaalien ja aineksen vaiheiden tutkimiseen. Forschungszentrum Jülichin ja GENCI:n suurteholaskenta- ja datakeskuksiin (Ranska) asennetaankaksi 100 kvanttimetrin analogista kvanttisimulaattoria, jotka ovat ensimmäinen vaihe yleiseurooppalaisen suurteholaskennan ja kvanttisimulaation infrastruktuurin käyttöönotossa.
- kvanttianturi: joidenkin maailman kehittyneimpien kvanttiantureiden kehittäminen ultrapuhdasta timanttia käyttäen; hyperpolarisoituneen magneettikuvauksen osoittaminen, joka voisi johtaa jopa 100,000 kertaa tarkempiin lääketieteellisiin lukuihin, mikä mahdollistaa metaboliset prosessit molekyylitasolla reaaliaikaisesti; startup-yritys Nvision voitti marraskuussa 2022 komission innovaatiotutkapalkinnon lääketieteellisen kuvantamisen edistymisestään.
- perustason kvanttitiede: edistytään merkittävästi useiden vaihtoehtoisten laskenta-alustojen kehittämisessä, mukaan lukien fotoniikkapohjainen kvanttilaskenta.
Tulevaisuuden kannalta lippulaivahanke on avainasemassa komission tiedonannossa ”2030 digitaalinen kompassi: eurooppalainen lähestymistapa digitaalista vuosikymmentä varten: vuoteen 2025 mennessä EU:n ensimmäisen kvanttitietokoneen pitäisi olla kvanttivalmiuksien eturintamassa vuoteen 2030 mennessä. Ensimmäinen näistä tavoitteista on jo nähtävissä: lokakuussa 2022 ilmoitettiin kuudesta sivustosta, joissa on Euroopan ensimmäiset kvanttitietokoneet, jotka integroidaan Euroopan suurteholaskennan yhteisyrityksen supertietokoneisiin.
Seuraavat vaiheet
Horisontti Eurooppa -puiteohjelmasta komissio jatkaa lippulaivahankkeen tukemista kaudella 2021–2027 vähintään 500 miljoonalla eurolla. Komission strategisen tutkimus- ja teollisuusohjelman (SRIA) päivitys on jo julkaistu, ja siinä on vahvistettu tavoitteita kullekin aloitteen neljälle keskeiselle pilarille ja laadittu etenemissuunnitelma niiden toteuttamiseksi. Näiden tavoitteiden saavuttamiseksi on jo käynnistetty useita uusia hankkeita, kuten lippulaivahankkeen kolmen ensimmäisen toimintavuoden aikana kehitettyjen kvanttilaskenta- ja simulaatioalustojen kypsyminen, kun niillä pyritään saavuttamaan käytännön kvanttietua reaalimaailman ongelmien ratkaisemiseksi. Hankkeet luovat myös perustan yleiseurooppalaiselle kvanttiviestintäverkolle, joka on ratkaisevan tärkeä koko EU:n kattavan turvallisen kvanttiviestintäinfrastruktuurin, EuroQCI:n, kehittämisen kannalta.
Päivitetyssä SRIA-aloitteessa keskitytään myös tulevaan teolliseen kehitykseen ja yhteyksien vahvistamiseen muihin kvanttiteknologiaa koskeviin EU:n aloitteisiin: EuroQCI, Euroopan suurteholaskennan yhteisyritys (EuroHPC-yhteisyritys), joka on jo hankkimassa ensimmäiset kvanttitietokoneensa, ja EU:n sirusäädös. Näin varmistetaan, että lippulaivahankkeen tutkimuksen pohjalta kehitetyt innovatiiviset sovellukset muodostavat perustan eurooppalaiselle kvanttiekosysteemille ja auttavat Eurooppaa säilyttämään johtoasemansa tällä maailmanlaajuisesti kilpaillulla alalla.
Tausta – Kvanttiteknologiat
EU:n rahoittama kvanttiteknologian lippulaivahanke on kymmenvuotinen, miljardi euroa. Se on vuonna 2018 käynnistetty yhteistyöhön perustuva pitkän aikavälin tutkimus- ja innovointialoite. Sen tehtävänä on vahvistaa Euroopan tieteellistä johtoasemaa ja huippututkimusta kvanttiteknologian alalla, muuntaa tämän huippuosaamisen tulokset tuotteiksi ja sovelluksiksi, joilla on merkittävä taloudellinen ja yhteiskunnallinen vaikutus, ja nostaa Eurooppa johtoasemaan teollisuuden alalla yhdenmukaistamalla julkisen rahoituksen painopisteet EU:n, kansallisella ja alueellisella tasolla. Lippulaivahanke mobilisoi koko Euroopan kvanttitutkimusyhteisön strategisen tutkimusohjelmansa toteuttamiseen.