Uutiset

Tutkijat onnistuivat havaitsemaan kvanttisolmujen purkautumisen

Jos kvanttisolmuja ei saada stabiloitua, ne tulee hyödyntää nopeasti ennen hajoamista.
A computer rendering of a quantum knot, which appears as 4 large peaks tied together at the middle
Vasemmalla oleva kvanttisolmu voi hajota mikrosekunneissa ja muodostaa lopulta pyörteen, joka on kuvassa oikealla. Kuva: Tuomas Ollikainen, Aalto-yliopisto.

Uudessa Aalto-yliopiston ja yhdysvaltalaisen Amherst Collegen tutkimushankkeessa tutkittiin kvanttisolmujen käytöstä pitkällä aikavälillä. Kvanttikaasua voidaan sitoa solmuiksi magneettikenttien avulla, ja uudessa tutkimuksessa tutkijat pystyivät ohjaamaan kvanttikaasun tilaa aiempaa tarkemmin. Tämän ansiosta he pystyivät havaitsemaan kvanttikaasun rakenteessa tapahtuvat muutokset, kuten esimerkiksi solmujen hajoamisen ja pyörteen muodostumisen. Tämä tapahtui itsestään lyhyen ajan sisällä.

Tohtoriopiskelija Tuomas Ollikainen Aalto-yliopistosta suoritti kokeellisen osan työstä Amherstissa, Massachusettsin osavaltiossa, ja sen jälkeen hän palasi Aaltoon analysoimaan saamansa tulokset ja kehittämään teoriaa.

”Kukaan ei ole pystynyt tutkimaan vastaavien kolmiulotteisten rakenteiden dynamiikkaa kokeellisesti ennen tätä, joten tämä on askel oikeaan suuntaan. Solmun hajoaminen oli yllättävä havainto, sillä kvanttisolmujen tapaiset topologiset rakenteet ovat yleensä poikkeuksellisen vakaita. Tämä on jännittävä löydös koko alan kannalta, koska kvanttikaasujärjestelmissä ei ole aikaisemmin havaittu, että topologinen kvanttirakenne voisi muuttua kolmiulotteisesta yksiulotteiseksi.”

Quantum Gas boosted exp
Kuva kvanttikaasujen kokeellisesta tutkimuksesta Amherst Collegessa. Kuva: David Hall, Amherst College.

Tutkijat toivovat, että heidän löytönsä voisi avata uusia mahdollisuuksia kokeelliseen tutkimukseen.

”Kvanttisolmuja voidaan tietysti simuloida, mutta niiden tekeminen ei ole kovin helppoa käytännössä. Kun pystymme hallitsemaan sähkömagneettista ympäristöä tarkemmin, voimme tutkia uusia ilmiöitä ja oppia tuntemaan kiinnostavat kvanttijärjestelmät paremmin”, Ollikainen kertoo.

Aalto-yliopiston ja yhdysvaltalaisen Amherst Collegen yhteishankkeessa on saatu aikaan kvanttisolmuja ensimmäisen kerran vuonna 2016.

”Solmiessamme kvanttisolmuja teimme ensimmäistä kertaa maailmassa kolmiulotteisesti kiertyvän topologisen rakenteen. Se oli aivan huikea kokemus, aivan kuin olisi ottanut ensimmäisen henkäyksen uuden planeetan kamaralla”, sanoo professori Mikko Möttönen

”Monet tutkijat ovat kiinnittäneet huomiota tutkimustyöhömme, ja se on innostanut heitä tutkimaan tätä ilmiötä erilaisissa järjestelmissä. Olisi hienoa, jos näitä menetelmiä voitaisiin joskus soveltaa käytännössä – mikä on hyvinkin mahdollista. Uusimmat tuloksemme osoittavat, että vaikka atomikaasuissa olevat kvanttisolmut ovat kiinnostavia, ne tulee hyödyntää nopeasti ennen kuin ne purkautuvat solmuistaan. Onkin todennäköistä, että ensimmäiset käytännön sovellukset löytyvät muista järjestelmistä”, Möttönen jataka.

Mikko Möttösen luotsaama Kvanttilaskennan ja -laitteiden ryhmä on osa Suomen Akatemian kvanttiteknologian huippuyksikköä (QTF). Tutkimustyössä hyödynnettiin Tieteen tietotekniikan keskuksen (CSC) ja Aalto Science-IT -hankkeen laskennallisia resursseja.

Lisätietoa:

Artikkeli: Decay of a Quantum Knot

Quantum Computing and Devices (QCD)

We have a major effort on experimental low-temperature physics, but we also carry out computational and theoretical work down to fundamental quantum mechanics.

Department of Applied Physics
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lisää tästä aiheesta

ARTS open science roadshow, pic of the session
Tutkimus ja taide Julkaistu:

European Open Science Cloud (EOSC) Finnish Forumin webinaari 25.1.2021

Yksi puhujista on Karel Luyben, European Open Science Cloudin (EOSC) ensimmäinen puheenjohtaja ja Aalto-yliopiston hallituksen jäsen.
Installation Talk 2020, Jarkko Niiranen
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Professori Jarkko Niiranen: Rakenteiden suunnittelun perustana ovat matemaattiset mallit

Laskennallisen rakennetekniikan vakituiseen associate professor -tehtävään nimitetty Jarkko Niiranen käsittelee esityksessään laskennallista mekaniikkaa.
Dronen ottama kuva Otakaari 1:sestä, kuva: Mikko Raskinen
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Mistä tietää ilman GPS-signaalia, missä lennokki lentää?

Jouko Kinnarin väitöstutkimuksessa dronen sijainti selviää karttatietojen sekä antureiden avulla.
Apulaisprofessori Jukka Luoma. Kuva: Mikko Raskinen / Aalto-yliopisto
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Ideologinen onttous auttaa kapitalismin voittoihin

Apulaisprofessori Jukka Luoma ja kollegansa löysivät yllättävän yhteyden organisaatio-oppimisen ja poliittisten taustaideologioiden väliltä.