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.”

Equipments for producing an imagine quantum gas. Large stainless steel rings and containers surrounded by lenses and cables
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

Ville Maisi at PICO lab

CQE

Centre for Quantum Engineering (CQE) tackles the most challenging scientific and technological questions, to release the full potential of our expertise for the benefit of industry and society.

Centre for Quantum Engineering, CQE
Artistic depiction of a bright light in space / made by Ray Scipak

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

Tutkija Ville Jokinen Micronovassa materiaalinäyte kädessään, kuva Aino Huovio
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Miljoona euroa säteilyilmaisimien tutkimukseen

Suomen Akatemian rahoittamissa hankkeissa kehitetään erityisherkkiä kuvantamis- ja anturiteknologioita.
Matti Nelimarkka seisoo ja nojaa kaiteeseen Tietotekniikan talolla. Hänellä on punaiset vaatteet ja taustalla on harmaa seinä ja valkoinen pylväs.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Polarisoitumisen vähentämiseen pyrkivä some-alustojen suunnittelu saattaakin syventää kuilua erimielisten välillä

Matti Nelimarkan ja hänen kollegoidensa tutkimuksessa haastatellut näkivät, että sosiaalisen median sisällönsuosittelumallit saattavat toimia huonosti keskusteluiden polarisoitumisen vähentämisessä.
Litiumioniakkuja löytyy melkein jokaisesta taskusta. Kuva: Aleksi Poutanen.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Useammankin Nobelin arvoinen tutkija

Litiumakku löytyy nykyisin lähes jokaisen taskusta. Niiden materiaaleihin liittyy kuitenkin haasteita, tietää kemian nobelistin kanssa yhteistyötä tehnyt professori Maarit Karppinen.
Tenured professors
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Professoreiden tervetuliaisluennot julkaistu Aallon YouTubessa

Uudet vakinaistetut professorit raottavat videoilla muun muassa kvanttitietokoneiden ja suomalaisten sijoituskäyttäytymisen salaisuuksia.