Uutiset

Tutkijat kytkivät lähes ikiliikkuvan aikakiteen ensimmäistä kertaa ulkoiseen värähtelijään – voi kasvattaa kvanttitietokoneiden laskentatehoa

Aikakide on moninkertaisesti pitkäikäisempi kuin muut kvanttijärjestelmät, joten sitä voitaisiin hyödyntää esimerkiksi kvanttitietokoneiden laskentatehon sekä mittauslaitteistojen tarkkuuden kasvattamiseen.
Lähikuva tieteellisestä instrumentista, jossa kultaa ja pronssia, johtoja ja merkintöjä laboratoriossa.
Kuva: Mikko Raskinen/Aalto-yliopisto.

Kimaltava kristalli saa kauniin muotonsa erittäin tarkasti järjestäytyneistä atomeista, jotka muodostavat säännöllisen rakenteen. Fysiikan nobelisti Frank Wilczek esitti vuonna 2012, että kvanttijärjestelmät – eli atomien ja hiukkasten muodostamat järjestelmät, joiden käyttäytymistä ohjaa kvanttimekaniikka –  voivat tehdä samoin, mutta niiden rakenne muodostuu tilan sijaan ajassa. Niin sanottu aikakide olisi siis järjestelmä, jonka pienimmässä mahdollisessa energiatilassa esiintyy säännöllisesti toistuvaa liikettä ikuisesti ja ilman ulkopuolista energiaa. Vuonna 2016 aikakiteiden olemassaolo pystyttiin todistamaan kokeellisesti.

Nyt Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan laitoksen tutkijat ovat ensimmäistä kertaa kytkeneet aikakiteen ulkopuoliseen värähtelijään. Tutkimuksessa onnistuttiin luomaan aikakiteistä niin sanottu optomekaaninen järjestelmä, jolla voi tulevaisuudessa esimerkiksi kehittää äärimmäisen tarkkoja sensoreita tai kvanttitietokoneiden toiminnalle elintärkeitä muistijärjestelmiä, kertoo tutkimuksen pääkirjoittaja, akatemiatutkija Jere Mäkinen.

Tutkimus on juuri julkaistu arvostetussa Nature Communications -lehdessä: doi.org/10.1038/s41467-025-64673-8.

”Kvanttimaailmassa ikiliike on mahdollista kunhan sitä ei häiritä ulkopuolisella energialla, kuten havainnoinnilla. Aikakidettä ei ole koskaan aiemmin kytketty mihinkään ulkopuoliseen järjestelmään. Nyt kuitenkin onnistuimme siinä, ja osoitimme myös ensimmäistä kertaa, että kiteen ominaisuuksia on mahdollistamuokata tällä tavalla”, Mäkinen sanoo.

Aikakidejärjestelmän kaavio, jossa puristuskäämit, RF-ohjaus ja -detektio, sekä Zeeman- ja spin-orbit-energiakäyrät.
Koeasetelmassa aikakide muodostui supranesteen pinnalle. Kuva: Jere Mäkinen/Aalto-yliopisto.

Tutkijat pumppasivat magnoneiksi kutsuttuja kvasihiukkasia eli yksittäisten hiukkasten tavoin käyttäytyviä hiukkasryhmiä radioaaltojen avulla helium-3-supranesteeseen, joka oli jäähdytetty lähelle absoluuttista nollapistettä. Kun pumppu kytketään pois päältä, magnonit muodostavat aikakiteen, joka toimii ennennäkemättömän pitkään: se pysyy liikkeessä jopa 108 värähtelyn ajan – tässä tapauksessa useita minuutteja – ennen vaimenemistaan tasolle, jota tutkijat eivät enää pystyneet havaitsemaan. Vaimenemisen aikana aikakide kytkeytyy läheiseen mekaaniseen värähtelijään muodostaen optomekaanisen systeemin. Kytkeytyminen näkyy kokeissa taajuuden vaihteluina tavalla, joka määräytyy mekaanisen värähtelijän värähtelytaajuudesta sekä -laajuudesta.

”Osoitimme, että havaitut aikakiteen taajuuden vaihtelut selittyvät täysin fysiikassa tunnettujen optomekaanisten ilmiöiden avulla, joihin perustuu esimerkiksi LIGO-observatorion gravitaatioaaltojen mittaaminen. Aikakiteen liikkeen energiahäviötä pienentämällä ja mekaanisen värähtelijän taajuutta nostamalla tämän asetelman voisi optimoida lähelle kvanttimaailman rajaa”, Mäkinen sanoo.

Aikakiteitä voitaisiin näin käyttää esimerkiksi kvanttitietokoneiden laskentatehon ja mittauslaitteistojen tarkkuuden kasvattamiseen.

”Aikakide on moninkertaisesti pitkäikäisempi kuin muut kvanttijärjestelmät, joita käytetään nykyisin esimerkiksi kvanttilaskennassa. Parhaassa tapauksessa aikakidettä voitaisiinkin käyttää esimerkiksi kvanttiprosessorin muistina, johon kvanttitila voidaan tallentaa huomattavasti nykyistä pidempään. Lisäksi aikakiteitä voisi hyödyntää niin sanottuna taajuuskampana, joita käytetään äärimmäisen tarkoissa mittauksissa taajuusreferensseinä.”

Tutkimuksessa hyödynnettiin Suomen kansalliseen nano-, mikro- ja kvanttiteknologian tutkimusinfrastruktuuri OtaNanoon kuuluvan Kylmälaboratorion laitteistoja ja Aalto Science-IT:n teholaskentainfrastruktuuria.

Lisätietoja:

QTF-hero logo

Quantum Technology Finland – The National Centre of Excellence (ulkoinen linkki)

The national Quantum Technology Finland (QTF) Centre of Excellence brings together scientific and technological excellence and cutting-edge research infrastructures to harness quantum phenomena in solid-state-based quantum devices and applications.

Kuvaa laitteittosta Aalto-yliopsiton Kylmälaboratoriossa.

Ikuinen liike on mahdollista – Aalto-yliopiston Kylmälaboratoriossa havainnoitiin kahden fysiikan lait haastavan aikakiteen välistä vuorovaikutusta

Aikakiteet ovat aineen olomuoto, jossa hiukkaset liikkuvat ikuisesti toistuvassa rytmissä ilman ulkopuolista energiaa. Tutkijat onnistuivat luomaan Aalto-yliopiston Kylmälaboratoriossa kaksi aikakidettä ja tarkkailemaan niiden välistä vuorovaikutusta. Tulevaisuudessa aikakiteitä voi hyödyntää erilaisissa laitteissa, kuten kvanttitietokoneiden muistina.

Uutiset
  • Päivitetty:
  • Julkaistu:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Hymyilevä suorahiuksinen nainen vihreässä paidassa, sisällä kasvien edessä
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Kvanttihypen anatomia

Väitöskirjatutkija Christa Schauman kertoo, miten Suomi ja Eurooppa pärjäävät kisassa, johon kaikki haluavat mukaan – palkinnon epävarmuudesta huolimatta.
Musta käsi koskettaa tabletin näyttöä, jossa on valkoisia muotoja. Paperit ja kynä ovat vaaleanpunaisella pinnalla.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Ilmoittaudu tutkimuspalveluiden koulutuksiin – aiheina tekoäly, datanhallinta, avoin tiede ja paljon muuta

Koulutustarjonnassa on jälleen paljon uusia aiheita. Rekisteröityminen syksylle 2026 on avattu.
Gloria Mendoza-Franco väitteli ennakkoluuloista Aalto-yliopistolla 28. syyskuuta. Kuva: Matti Ahlgren, Aalto-yliopisto.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Ennakkoluulot ovat monimutkaisempia kuin stereotypiat antavat ymmärtää

Sosiaalipsykologien teorian mukaan omaan ryhmään kuuluvat henkilöt sekä korkeasti arvostettuihin ja helposti lähestyttäviin ryhmiin liitetyt ihmiset herättävät katsojassa useammin ihailua tai kunnioitusta kuin vähemmän arvostettuihin tai etäisiksi arvioituihin ryhmiin kuuluvat ihmiset. Neurotieteen tutkijat selvittivät nyt yhdessä sosiaalipsykologien kanssa, että sosiaalisen ryhmän lisäksi myös ihmisen tunnetila ja etäisyys vaikuttavat katsojan tunnereaktioihin.
Suuri valkoinen satelliittiantenni geodeettisen kupolin sisällä, kolmioiksi jaetun vaalean katon alla
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Metsähovin radio-observatoriossa tehdään musiikkia maailmankaikkeuden kanssa – äänitaide ja radioastronomia yhdistyvät ainutlaatuisella tavalla

Miltä aurinkokunnan muodostuminen kuulostaa? Aalto-yliopiston tutkijat lyöttäytyivät yhteen äänitaiteilijan kanssa ja päätyivät musisoimaan tuhansien valovuosien päässä olevan molekyylikaasupilven kanssa.