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

Lisää tästä aiheesta

Taiteellinen kuva panssaroidusta superhydrofobisesta pinnasta, joka kestää iskuja ja hylkii nesteitä tehokkaasti. Kuva: Juha Juvonen.
Yhteistyö, Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Vettä hylkivä panssaripinnoite voi pian tehostaa aurinkopaneeleja ja tuoda suksiin lisäluistoa

Kesäkuussa Aalto-yliopiston tutkijat kertoivat kehittämästään pinnoitteesta Nature-lehdessä. Nyt pinnoitteesta aletaan kehittää lukuisia kaupallisia sovelluksia muun muassa rakennus- ja elektroniikkateollisuuden kanssa.
The computer game could help in the treatment of depression alongside therapy and drug treatment. Picture: Matias Palva’s research group, Aalto University.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Tutkijat kehittävät tietokonepeliä masennuksen hoitoon

Terapeuttisen toimintavideopelin pelaaminen voi helpottaa masennuspotilaiden oireita ja parantaa heidän kognitiivista toimintakykyään.
putretti-lannoite
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tutkijat kehittivät tuhkasta ja kompostista metsien täsmälannoitteen

Putretiksi nimetty lannoite sisältää fosforia, kaliumia, hiiltä ja hitaasti vapautuvaa typpeä, jotka edistävät puiden kasvua. Sen valmistus kuluttaa selvästi vähemmän energiaa kuin keinolannoitteiden ja vähentää myös louhimisen tarvetta.
Ihminen tekemässä työtä laboratotiossa.
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Miten motivoida ihmiset noudattamaan rajoituksia vapaaehtoisesti? – 13 ohjetta tehokkaaseen koronaviestintään

Päättäjien ja asiantuntijoiden kannattaa kansalaisille suunnatussa koronaviestinnässään tukea ihmisten autonomiaa, kyvykkyyttä ja yhteisöllisyyttä.