Väitös teknillisen fysiikan alalta, M.Sc. Nikita Kirsanov

Väitöskirjan nimi: Thermodynamics and coherence in quantum systems

Tohtoriopiskelija: Nikita Kirsanov
Vastaväittäjä: Professor Gerardo Adesso, The University of Nottingham, UK
Kustos: Prof. Pertti Hakonen, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/

Kvanttiteknologian kuumat näkymät 

Tuleva kvanttiteknologian aikakausi vaatii kvanttiturvallista viestintää suurilla etäisyyksillä, luotettavia kvanttilomittumisen tuottamiskeinojata ja tehokkaita keinoja kvanttitiedon ja lämmön hallintaan mikroskaalassa. Tämä väitöskirja etsii ratkaisuja näihin haasteisiin aluillaan olevalla kvanttilämpödynamiikan saralla. 

Pohdittaessa kvanttimekaniikan perustaa termodynamiikan toiselle pääsäännölle, tämä työ haastaa perinteisen kvanttikommunikaation paradigman ja esittelee käsitteellisesti uuden lähestymistavan. Tämän fyysiseen linjakontrolliin perustuvan lähestymistavan avulla signaalin lähetys on mahdollista ennennäkemättömän pitkien globaalien etäisyyksien päähän käyttämällä nykyisiä olemassaolevia teknologioita ilman tarvetta luotetuille solmuille. Tämä raivaa tietä skaalautuville ja turvallisille kvanttiyhteyksien verkoille tulevaisuudessa. 

Tärkeä resurssi sekä kvanttiyhteyksille että -laskennalle on kvanttilomittuminen, jossa kvanttitasot ovat yhteydessä toisiinsa ja vaikuttavat toisiinsa välittömästi riippumatta siitä, kuinka kaukana ne ovat. Tiukan teoreettisen ja kokeellisen tutkimuksen kautta tämä väitöskirja osoittaa, että lomittuminen voidaan saada aikaan syöttämällä lämpöä tietynlaisiin suprajohtaviin rakenteisiin (normaali metalli–suprajohtaja–normaali metalli eli NSN). Tällaiset rakenteet voivat myös toimia pieninä monitoimilämmönhallintalaitteina, mikä on ratkaisevan tärkeää mikro- ja nanoskaalan kvanttiteknologian edistymiselle. 

Väitöskirja tutkii lisäksi entropian dynamiikkaa kvanttibittiin perustuvissa järjestelmissä, erityisesti kvanttibittiin perustuvassa Maxwellin demonissa. Tämä näyttää, kuinka kvanttimekaniikkaan perustava H-teoreemaa, joka klassisessa termodynamiikassa muotoilee järjestelmien taipumuksen maksimaaliseen entropiaan, auttaa analysoimaan erityisesti kvanttitietokoneissa tapahtuvia prosesseja.

Yhteystiedot:

Perustieteiden korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/52