Miten TU Wienin kvanttitietokoneella tehostettu elektronimikroskooppi toimii?

Elektronin ja ionin lomittuminen säilyttää kvanttitietoa siitä, miten elektroni on vuorovaikuttanut näytteen kanssa. Kun seuraavien elektronien tietoa käsitellään ionirekisterissä kvanttioperaatioilla, sitä voidaan koota koherentisti eikä vain tavallisen klassisen keskiarvon avulla.

Jos lähestymistapa toimii käytännössä, kuvantaminen voisi muuttua niin sanotusti annostehokkaammaksi: samaan kuvantamistulokseen pyrittäisiin pienemmällä elektronimäärällä ja siten pienemmällä säteilykuormalla. Tämä voisi olla tärkeää säteilylle herkille proteiineille ja muulle biologiselle materiaalille. Menetelmä ei kuitenkaan lupaa vauriotonta mikroskopiaa.

Oleellinen varaus on, että hyöty on tässä vaiheessa vasta ennakoitu. Tammikuussa 2026 julkaistu työ esittelee arkkitehtuurin ja analysoi sen toteutettavuutta, mutta siinä ei esitetä kokeellisesti varmistettua atomitason kuvaa yksittäisestä proteiinista.

Mikä on yhteistyöryhmien rooli?

TU Wien vastaa mikroskooppiin liittyvästä kokonaisuudesta. Yliopiston julkisessa kuvauksessa ideana on integroida pieni kvanttitietokone suoraan elektronimikroskooppiin.

Tammikuun 2026 esijulkaisun tekijöissä on tutkijoita TU Wienistä, Wienin yliopistosta, JKU Linzistä ja Innsbruckin yliopistosta. Yhteistyö yhdistää elektronimikroskopian, kvanttiteorian, loukkuionilaitteistot ja kvantti-informaation menetelmät.

Annetun lähdeaineiston perusteella Wienin yliopiston työ liittyy kvanttielektroniikan ja mikroskopian tutkimusohjelmaan, JKU Linz tuo hankkeeseen teoreettista ja kvanttitieteellistä osaamista, ja Innsbruckin yliopisto loukkuioneihin perustuvaa kvanttilaskennan asiantuntemusta. Tiiviimpää työnjakoa ei lähteissä vahvisteta, joten sitä ei ole perusteltua täsmentää.

Hanke kuuluu Itävallan quantA-kvanttitiedeverkostoon. Sen QCEM-projektin nimi on Quantum-Computer-Enhanced Electron Microscopy. Projektin päätutkijana toimii Thomas Juffmann, ja apuprojektinjohtajina mainitaan Philipp Haslinger, Iva Březinová, Philipp Schindler ja Richard Küng.

Rahoitus ja nykyinen vaihe

Työ on etenemässä teoreettisesta suunnitelmasta kohti kokeellista rakentamista. Tavoitteena on toteuttaa laboratorio-olosuhteissa elektronin ja ionin välinen rajapinta sekä peräkkäisiin elektroneihin perustuva kvanttiprosessointi. Lähteet vahvistavat teoriatyön ja TU Wienin kuvauksen integroidusta mikroskooppikonseptista, mutta eivät vielä toimivan laitteen valmistumista.

Kokonaisuus liittyy Itävallan tiedesäätiön FWF:n quantA-huippuosaamisklusteriin. Lisäksi Gordon and Betty Moore Foundation ilmoittaa Wienin yliopistolle 3 836 032 dollarin ja 48 kuukauden apurahan, jonka tarkoituksena on yhdistää kvanttilaskenta elektronimikroskopiaan.

Ratkaisevat kokeet näyttävät, säilyykö elektronin ja ionin välinen koherenssi realistisissa mikroskooppiolosuhteissa, pysyvätkö ionimuistin ja kvanttiporttien virheet riittävän pieninä ja säilyykö mahdollinen annossäästö myös monimuotoisissa, säteilyherkissä näytteissä – ei vain ihanteellisissa testitapauksissa.