Uutiset

Marie Skłodowska-Curie -apuraha spinien lomittumisen ja Diracin materiaalien tutkimiseen

Tutkija Pablo Burset aikoo vauhdittaa kvanttiteknologioiden kehitystä erottelemalla kurittomat lomittuneiden elektronien parit uudella laitteella, Cooperin parien erottimella.
Tutkija Pablo Burset työstää uutta laitetta, Cooperin parien erotinta. Kuva: Mikko Raskinen.

Lomittuneet elektronit mahdollistavat välittömän tiedonvaihdon pitkien etäisyyksien välillä. Ilmiö perustuu kvanttimekaniikan peruslakeihin. Tähän asti kvanttilomittumista on kuvattu lähinnä valoa (fotoneja) käyttämällä.

Aalto-yliopiston tutkija Pablo Burset aikoo esittää todisteet lomittumisesta sähkölaitteissa eristämällä lomittuneet elektroniparit sähkövirrasta. Päästäkseen tähän Burset työstää uutta mielenkiintoista laitetta, Cooperin parien erotinta, jolla suprajohteesta tulevat lomittuneet elektroniparit voidaan erotella spatiaalisesti.

”Fotonien kvanttilomittumista käytetään jo nyt uusissa, salakuuntelulta suojatuissa yhteyksissä. Cooperin parien erotinlaitteet voisivat olla perusta monien sellaisten kvanttisovellusten kehittämiselle, joista olisi käytännön hyötyä arjessamme. Pitkällä aikavälillä niitä voitaisiin käyttää tulevaisuuden kvanttitietokoneen rakennuspalikan, kubitin kehittämiseen”, Burset kertoo.

Bursetin mukaan huipputason kokeellisessa ja teoreettisessa tutkimuksessa ei ole tähän mennessä pystytty erottamaan yksittäisiä hiukkasia sähkövirrasta, joka sisältää miljardeja lomittuneita Cooperin pareja. Jotta lomittumistieto voidaan valjastaa tulevia sovelluksia varten, yksittäisten elektroniparien eristäminen on olennaisen tärkeää.

Diracin materiaalit mahdollistavat uusia tapoja suunnitella kvanttilaitteita

Ehdotettu laite perustuu grafeeniin ja topologisiin eristeisiin. Näiden näennäisesti toisiinsa liittymättömien materiaalien pintaelektronit käyttäytyvät kuten massattomat hiukkaset, jotka liikkuvat erittäin nopeasti paljolti valon tapaan. Niiden kuvaamiseksi tutkijat käyttävät Diracin yhtälöä selittääkseen eksoottisten hiukkasten käyttäytymistä. Näitä ominaisuuksiltaan epätavallisia materiaaleja kutsutaan Diracin materiaaleiksi, ja niiden myötä kvanttilaitteita voidaan suunnitella ainutlaatuisilla ja uusilla tavoilla.

Vähäistä määrää Cooperin parien erottimia voidaan käyttää kvanttitietokoneiden kubittien kehittämisen lisäksi myös kvanttisimulaattorina.

”Kvanttisimulaattoreita voidaan käyttää tiettyjen ongelmien ratkaisemiseen tavalla, johon nykyiset supertietokoneet eivät pysty. Ne eivät ole yhtä monikäyttöisiä kuin kvanttitietokoneet, mutta ne on helpompi toteuttaa, sillä niiden jokaista osaa ei tarvitse hallita täydellisesti”, Burset selittää.

Pablo Burset työskentelee teknillisen fysiikan laitoksella professori Christian Flindtin kanssa. Flindt johtaa kvanttikuljetusta tutkivaa Quantum Transport -tutkimusryhmää Aalto-yliopistossa.

”Lomittumisen aikaansaaminen hallitusti sähkölaitteessa olisi tieteellinen läpimurto, joka voisi johtaa vallankumouksellisiin muutoksiin yhteiskunnassa ja teollisuudessa. Mahdolliset sovellusalat vaihtelevat uusien materiaalien ja lääkkeiden suunnittelusta monimutkaisten matemaattisten yhtälöiden ratkaisemiseen niinkin erilaisilla aloilla kuin taloustieteessä ja suurenergiafysiikassa,” sanoo Flindt, joka johtaa myös kvanttiteknologian keskusta (Centre for Quantum Engineering, CQE) Aalto-yliopistossa.

”Apurahan mahdollistama liikkuvuus tarjoaa  erinomaisen tilaisuuden kehittää tutkimustani professori Flindtin ryhmässä ja jatkaa yhteistyötä espanjalaisten, saksalaisten ja japanilaisten tutkijoiden kanssa”, Burset sanoo.
 

Quantum Transport -tutkimusryhmän verkkosivut

Lue toisesta tutkijasta, Konstantinos Daskalakiksesta, joka sai myös Marie Skłodowska-Curie –apurahan.

 

Marie Skłodowska-Curie -toimien yksittäisistä apurahoista annetaan rahoitusta kokeneille tutkijoille heidän liikkuvuutensa, tutkimushankkeidensa ja koulutuksensa tukemiseksi sekä Euroopassa että Euroopan ulkopuolella. Järjestelmä on osa EU:n tutkimuksen ja innovoinnin Horisontti 2020 -puiteohjelmaa, ja se on tarkoitettu tutkijoille, joilla on tohtorintutkinto tai vähintään neljän vuoden kokemus kokoaikaisesta tutkimustyöstä.

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Utuinen ihmishahmo näyttää kävelevän pois päin, varjo heijastuu vaalealle pinnalle
Tutkimus ja taide, Opinnot, Yliopisto Julkaistu:

Maisteriopiskelijoiden näyttely Suomen valokuvataiteen museossa

Valokuvataiteen pääaineen maisteriopiskelijoiden MoA in Photography 23 -näyttely on esillä 12. maaliskuuta asti.
Nainen rannalla tuulisella säällä hymyilee, taustalla meri kuohuaa
Nimitykset, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Professori Ranja Hautamäki: ”Monimuotoinen kaupunkiluonto on keskeinen tekijä hyvinvoinnin ja hiilinielujen lisäämiseksi”

Maisema-arkkitehtuurin professori ratkoo ilmastonmuutoksen hillintää ja kaupunkiluonnon hiilinieluja koskevia kysymyksiä.
NASAn Curiosity-mönkijä kuvaama pölypyörre Marsin Gale-kraatterissa. Kuvankäsittely: Henrik Kahanpää. Alkuperäinen kuva: NASA / JPL-Caltech
Tutkimus ja taide, Opinnot Julkaistu:

Marsin sää vaihtelee rajusti, mutta sen ilmasto ei ole muuttumassa

Väitöstutkimuksessaan Henrik Kahanpää myös kyseenalaistaa Marsin pölypyörteisiin liittyvän vallitsevan käsityksen. Tutkijana hän toivoo, että ihminen ei koskaan menisi Marsiin.
A portrait of Laureen Mahler.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Laureen Mahler luo origamitaitosten avulla biopohjaisia ja myös katseita kestäviä pakkauksia

Monet pakkausteollisuuden tuotteet perustuvat muoviin ja muihin fossiilipohjaisiin materiaaleihin. Aalto-yliopiston Bioinnovaatiokeskuksessa kehitetään origamitaitoksiin perustuvia ekologisia pakkausratkaisuja, joilla on arvoa myös kauniina esineinä.