Tutkijat kehittivät uuden lähestymistavan kvanttilaskentaan

Aalto-yliopiston tutkijat osoittivat, että mikroaaltosignaalit soveltuvat informaation koodaamiseen tavalla, jota olisi mahdollista hyödyntää kvanttilaskennassa. Aiemmin alan tutkimus on keskittynyt optisiin järjestelmiin.

Tutkijat käyttivät mikroaaltoresonaattoria, joka pohjautuu äärimmäisen herkkiin suprajohtaviin kvantti-interferenssi- eli SQUID-laitteisiin. Tutkimusta varten resonaattori jäähdytettiin lähelle absoluuttista nollapistettä, jossa kaikki lämpöliike lakkaa. Tila vastaa täydellistä pimeyttä, jossa ei ole lainkaan fotoneita eli hiukkasia, joista esimerkiksi näkyvä valo ja mikroaallot koostuvat.

Tässä niin kutsutussa kvanttityhjiössä esiintyy kuitenkin vaihtelua, joka synnyttää fotoneja hyvin lyhyeksi aikaa. Tutkijat onnistuivat muuntamaan kyseiset vaihtelut eritaajuisiksi mikroaaltofotoneiksi, ja havaitsemaan niiden välillä riippuvuussuhteita. Näkyvän valon vertauskuvaa käyttäen tämä tarkoittaa sitä, että edes täydellisessä pimeydessä valo ei olisikaan täysin poissa.

– Koeasetelmamme avulla onnistuimme kontrolloidusti luomaan monimutkaisia korrelaatioita mikroaaltosignaalien välille, sanoo Pasi Lähteenmäki, joka suoritti tutkimuksen osana tohtoriopintojaan Aalto-yliopiston Kylmälaboratoriossa.

– Tulokset viittaavat siihen, että eri taajuuksia voitaisiin käyttää hyväksi kvanttilaskennassa. Eritaajuiset fotonit ovat verrattavissa perinteisten tietokoneiden rekistereihin, ja niiden välillä voidaan suorittaa loogisia porttitoimintoja, sanoo tutkimukseen osallistunut vanhempi yliopistonlehtori, dosentti Sorin Paraoanu.

Tulokset tarjoavat uudenlaisen lähestymistavan kvanttilaskentaan.

– Tulevaisuuden kvanttitietokoneen perusarkkitehtuuria kehitetään tällä hetkellä intensiivisesti ympäri maailman. Hyödyntämällä monitaajuisia mikroaaltosignaaleja voidaan tavoitella vaihtoehtoista lähestymistapaa, jossa loogiset portit toteutetaan kvanttimittaussarjojen avulla. Näin ollen, käyttämällä resonaattorin synnyttämiä fotoneita, varsinaisia fyysisiä kvanttibittejä ei enää tarvita, sanoo professori Pertti Hakonen Aalto-yliopiston Kylmälaboratoriosta.

Tutkimuksissa käytettiin OtaNano-infrastruktuuria ja Teknologian tutkimuskeskus VTT:n niobium-suprajohdetekniikkaa. Tutkimusryhmät ovat osa Aalto-yliopiston kvanttitteknologian tutkimuskeskittymää Centre for Quantum Engineering.

Tutkimusartikkeli:
Pasi Lähteenmäki, Gheorghe Sorin Paraoanu, Juha Hassel ja Pertti J. Hakonen.
Coherence and correlations from vacuum fluctuations in a microwave superconducting cavity.
Nature Communications 7 (2016). http://dx.doi.org/10.1038/ncomms12548

Yhteystiedot:
Professori Pertti Hakonen
pertti.hakonen@aalto.fi
050 3442 316

Dosentti Sorin Paraoanu
sorin.paraoanu@aalto.fi
050 3442 650

NANO-ryhmä: http://physics.aalto.fi/nano/
KVANTTI-ryhmä: http://physics.aalto.fi/kvantti/
Matalien lämpötilojen kvantti-ilmiöiden ja komponenttien huippuyksikkö: http://ltq.aalto.fi/