Uutiset

Askel kohti lähes rajatonta laskentatehoa – tutkijat loivat kvanttilomittumista lämmön avulla

Helppo ja hallittava kvanttilomittuminen lisää kokonaislaskentakapasiteettia ja mahdollistaa muun muassa kvanttisalauksen eli turvallisen tiedonsiirron suurillakin etäisyyksillä.
An electron microscope image of the device used to extract entangled electrons
Elektronimikroskooppikuva näytteestä, jossa vihreät kerrokset kuvaavat grafeenia, joka on harmaana kuvatun piidioksidin päällä. Keskellä olevaa, heikosti grafeeniin kytkettyä elektrodia käytetään lomittuneiden elektronien tuottamiseen. Kuva: Aalto.

Suomalaiset, venäläiset, kiinalaiset ja yhdysvaltalaiset fyysikot ovat yhdessä osoittaneet, että lämpösähköisellä ilmiöllä voidaan tuottaa elektroniparien kvanttilomittuminen toisistaan etäällä olevissa metalleissa, kun metallit ovat kosketuksissa suprajohtavaan rakenteeseen.

"Kvanttilomittuminen on uusien kvanttiteknologioiden kulmakivi. Jo Albert Einstein pohti kvanttilomittumisen aikaansaamaa haamuvuorovaikutusta, jossa hiukkaset vaikuttavat toisiinsa etäisyyksien päästä ilman suoraa vuorovaikutusta toistensa kanssa", sanoo Aalto-yliopiston tutkimustiimiä vetävä professori Pertti Hakonen.

Nature Communications -lehdessä julkaistu tutkimustulos on askel kohti tehokkaita kvanttilaitesovelluksia, kuten entistä tehokkaampia kvanttitietokoneita. Helpon ja hallittavan kvanttilomittumisen  avulla erilliset kvanttijärjestelmät saadaan vuorovaikuttamaan keskenään, mikä lisää kokonaislaskentakapasiteettia ekspontentiaalisesti.  Tutkijoiden kehittämästä kokeellisesta menetelmästä voi olla apua myös kvanttitermodynaamisten kokeiden tekemisessä.

Tutkijat suunnittelivat kokeessa laitteen, jossa lomittuminen luotiin kerrostamalla grafeeni- ja suprajohde-elektrodeja. Suprajohtavuus eli sähkövastuksen katoaminen aiheutuu lomittuneista elektronipareista, joita kutsutaan Cooperin pareiksi ja jotka ovat sidoksissa toisiinsa sekä vetävät toisiaan puoleensa.

"Lämpötilaeron avulla voimme saada parit hajoamaan, jolloin erotetut elektronit siirtyvät grafeenin kautta eri metallielektrodeihin. Elektronit pysyvät kuitenkin keskenään lomittuneina, vaikka ne ovat melko etäällä toisistaan. Tällöin ne eivät ole täysin erillisiä ja esimerkiksi niitä koskevat mittaustulokset antavat ekvivalentin eli yhdenmukaisen tuloksen", kertoo tohtorikoulutettava Nikita Kirsanov Aalto-yliopistosta.

Tutkimuksella on suuri merkitys paitsi perustutkimuksen, myös käytännön sovellusten tasolla. Koe osoittaa, että lämpötilaeron avulla Cooperin pari saadaan jakautumaan ja näin tuotettua korreloituja, täysin samanlaisia sähkösignaaleja suprajohtavissa rakenteissa.

"Lomittumista voidaan käyttää myös kvanttisalauksessa eli -kryptografiassa, mikä mahdollistaa erittäin turvallisen tiedonsiirron suurillakin maantieteellisillä etäisyyksillä", kertoo professori Gordey Lesovik Moskovan fysiikan ja tekniikan instituutista. Hän on toiminut useita kertoja vierailevana professorina Aalto-yliopistossa.

Tutkimuksessa hyödynnettiin kansallista OtaNano-tutkimusinfrastruktuuria, joka tarjoaa korkeatasoisen kokeellisen ympäristön ja laitteistot nanotieteiten ja -teknologioiden, sekä kvanttiteknologioiden tutkimukseen. OtaNanon operoinnista vastaavat Aalto-yliopisto ja Teknologian tutkimuskeskus VTT. Infrastruktuuri on sekä akateemisten että kaupallisten käyttäjien hyödynnettävissä kansainvälisesti. Lue lisää OtaNanosta ja Kylmälaboratoriosta englanninkieliseltä sivustolta.

Lisätietoa:

Artikkeli: Thermoelectric current in a graphene Cooper pair splitter http://dx.doi.org/10.1038/s41467-020-20476-7

Pertti Hakonen
Professori
Aalto-yliopisto
[email protected]
puh. 050 344 2316

 

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Lauri Parkkonen and the family cat, Roosa. Photo: Lauri Parkkonen, Aalto, University.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Mitä koirien ja kissojen aivoissa tapahtuu? Uusi kuvantamismenetelmä selvittää lemmikkien mielen saloja

Aalto-yliopiston professori Lauri Parkkosen ryhmä on vuosia kehittänyt kvanttioptisia antureita aivomagneettikäyrän eli magnetoenkefalografian (MEG) mittaamiseen. Toisin kuin perinteisessä MEG-laitteessa, jossa hyvin kylmässä toimivat suprajohtavat anturit vaativat ympärilleen senttimetrejä paksun lämpöeristeen, nämä uudet huoneenlämpötilassa toimivat anturit voidaan tuoda suoraan pään pinnalle. Tämä mahdollistaa entistä tarkemmat aivomagneettikäyrien mittaukset. MEG-kuvantaminen on tutkittavalle kivutonta ja turvallista.
Kuvaa laitteittosta Aalto-yliopsiton Kylmälaboratoriossa.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Ikuinen liike on mahdollista – Aalto-yliopiston Kylmälaboratoriossa havainnoitiin kahden fysiikan lait haastavan aikakiteen välistä vuorovaikutusta

Aikakiteet ovat aineen olomuoto, jossa hiukkaset liikkuvat ikuisesti toistuvassa rytmissä ilman ulkopuolista energiaa. Tutkijat onnistuivat luomaan Aalto-yliopiston Kylmälaboratoriossa kaksi aikakidettä ja tarkkailemaan niiden välistä vuorovaikutusta. Tulevaisuudessa aikakiteitä voi hyödyntää erilaisissa laitteissa, kuten kvanttitietokoneiden muistina.
Valkoinen laboratoriotakki sekä analyysityökalu, jolla voidaan mitata veripisarasta särkylääkkeen pitoisuus.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Kannettava ja nopea analysointityökalu voi mullistaa kipulääkkeiden diagnostiikkamarkkinat

Aalto-yliopistosta ponnistanut startup-yritys Fepod Oy Ltd on kehittänyt diagnoosimenetelmän, jolla potilaan veren kipulääkepitoisuus voidaan selvittää nopeasti ja edullisesti suoraan hoitopaikalla.
Yhdistelmäkuva, jossa näkyy revontulia, Maa, mittauksia.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Suomi 100 -satelliitti teki sen, mihin aiemmin pystyivät vain paljon suuremmat: kuvasi ja tutki revontulia

Revontulialueen tutkiminen auttaa esimerkiksi turvallisten tietoliikenneyhteyksien kehittämisessä.