Prof. Anton Zasedatelev: Valo ja aine kvanttimaailmassa

Äärimmäisissä olosuhteissa fysiikka muuttuu tarkasta ennakoitavuudesta todennäköisyyksien laskennaksi. Mikroskooppistakin pienemmässä kvanttimaailmassa vallitsee hallittu kaaos, josta fyysikot saavat sekä tietoa universumimme salaisuuksista että käyttökelpoista teknologiaa älypuhelimista sairaaloiden kuvantamislaitteisiin. 

”Olen pääasiassa kvanttifyysikko—fysiikan osa-alueista se on kaikkein lähimpänä omaa tutkimustani,” sanoo Anton Zasedatelev, Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan laitoksen uusi apulaisprofessori.

Zasedatelev valmistui tohtoriksi vuonna 2016 molekyylispektroskopiaa käsittelevällä väitöksellään. Postdoc-ajat Isossa-Britanniassa ja Itävallassa johtivat hänen kvanttioptiikan pariin. Kvanttioptiikka tutkii miten valo ja kiinteä aine vuorovaikuttavat.  

Optisia signaaleja pienimmällä mahdollisella energiamäärällä 

Zasedatelevin nykyinen kvanttitutkimus jakautuu kahteen osa-alueeseen. Ensimmäiseksi hän haluaa selvittää miten kvantti-ilmiöt syntyvät ja kehittyvät monien hiukkasten muodostamissa isoissa järjestelmissä kuten Bosen-Einsteinin kondensaateiksi kutsutuissa, bosoni-nimisten hiukkasten muodostamissa kaasupilvissä. 

“Jotkut Bosen-Einsteinin kondensaatit selviävät jopa huoneenlämmössä. Haluan selvittää kestävätkö ne myös suuria lämpötilanvaihteluita ja voiko niitä siinä tapauksessa valjastaa myös käytännön teknologiaan.”

Vastaus saattaa olla kyllä. Zasedatelev on aiemmin ollut mukana tutkimusryhmässä, joka osoitti, että esimerkiksi tietokoneiden toiminnan mahdollistavia transistoreja voi kytkeä päälle ja pois täysin massattomalla, aaltomaisella bosoni-tyyppisellä valohiukkasella nimeltään polaritoni. Nykyisten tietokoneiden laskenta perustuu massaltaan paljon raskaampaan elektroniin.

‘Polaritoni on pienin energiamäärä, jolla transistoriin voidaan vaikuttaa. Elektroneihin verrattuna se säästää massiivisesti energiaa.; esimerkiksi datakeskukset hyötyisivät tästä valtavasti. Aallossa teen yhteistyötä yritysten kuten Microsoftin, Picophotonicsin ja Reflekronin kanssa—tarkoituksenamme on kehittää toimiva prototyyppi.”

Toiseksi Zasedatelev haluaa selvittää miten suuret kvanttijärjestelmät kehittyvät.

“Tarkoitukseni on kehittää ansoja makroskooppisille hiukkaisille, jotka ovat niin tiheitä ja suuria että ne on mahdollista nähdä tavallisella mikroskoopilla. Sitten niiden yhteistä liikettä voisi havainnoida tyhjiössä.”

Massan ja tiheytensä vuoksi makroskooppiset hiukkaset ovat tehokas tapa tutkia fysiikan kaikkein perustavanlaatuisimpia kysymyksiä, esimerkiksi miten painovoima käyttäytyy kvanttitasolla. 

”Kvanttioptiikan keinoilla on mahdollista tehdä huipputarkkoja mittauksia näiden hiukkasten liikkeeestä ja jopa ohjata niitä tiettyihin kvanttitiloihin. Tällä on myös huomattava käytännöllinen potentiaali erittäin tarkkana yokto-Newtoneihin (10⁻²⁴ N) ylettyvänä voimasensorina”, Zasedatelev sanoo.

Oikeat ihmiset ja välineet

Uuden apulaisprofessorin seuraava tehtävä on selvä: perustaa johtava kokeellisen kvanttioptiikan laboratorio Macroscopic Quantum Optics (MQO) -tutkimusryhmänsä kanssa. Zasedatelevin mielestä Aalto on paras paikka saavuttaa jotakin kokonaan uutta.

“Olen kiitollinen, että kollegani Aallossa ovat osoittaneet luottamusta ja innostusta ideoitani kohtaan. Täällä kunnianhimoinen ja epätavallinenkin tutkimus voi kukoistaa, mistä kiitos kuuluu Aallon akateemiselle vapaudelle, maailmanluokan laboratorioille ja loistavalle tuelle.”

Vaikka uudella apulaisprofessorilla riittää kiireitä, Zasedatelev painottaa kestävää lähestymistapaa työhön.

“Tieteellisten tavoitteiden saavuttaminen vaatii kestävyyttä, keskittymistä ja korkeaa motivaatiota. Siksi omasta hyvinvoinnista huolehtiminen on yhtä tärkeää kuin laboratoriokokeiden silmällä pitäminen”, hän sanoo. ”Työn ja muun elämän tasopaino on tärkeää tiimissämme. Itse tykkään pitää tunnin lounaan, jolloin käyn juoksemassa pitkin kampuksen rantamaisemia. Se on mahtava tapa tyhjentää mieli ja ladata keho”, Zasedatelev sanoo.

Uraauurtava tiede vaatii sekä kehittynyttä tutkimusinfrastruktuuria että poikkeuksellisia ihmisiä. Zasedatelev tuntuu löytäneen Aallosta parhaan mahdollisen yhdistelmän molempia.