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:

Lue lisää uutisia

Nesteen polttoainejalostamon tankit Porvoossa
Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Yhteistyö Aallon kanssa tuo Nesteelle merkittävää taloudellista hyötyä

Yhteistyön tuloksena Nesteen polttoainetutkimukseen tuotiin digitaalisia työkaluja perinteisen testaamisen rinnalle.
Tie lumisessa talvimaisemassa iltahämärässä.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Tutkija selvitti: Pakkasen pauke syntyy pääasiassa taivaalla

Yleisen luulon vastaisesti pakkasen pauke ei olekaan peräisin esimerkiksi puista tai rakennuksista.
Sarjakuvamainen kuvituskuva Solip Parkin tutkimusmenetelmistä
Palkinnot ja tunnustukset Julkaistu:

Tohtoriopiskelija Solip Parkin artikkeli saa kunniamaininnan CHI 2024 -konferenssissa

Tohtoriopiskelija Solip Parkin artikkeli on hiljattain herättänyt huomiota arvostetussa CHI 2024 -konferenssissa, saaden kunniamaininnan.
Skanskan kehitysjohtaja Jan Elfving esiintyy Rakennustekniikan päivässä 2024
Yhteistyö Julkaistu:

Rakennustekniikka kutsuu yrityksiä mukaan tulevaisuuden kehitystyöhön

Jo keväiseksi perinteeksi muodostunut rakennustekniikan laitoksen järjestämä sidosryhmätapahtuma Rakennustekniikan päivä pidettiin 25.4.2024 Dipolissa Otaniemessä.