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.”

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

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

Samples of dyer’s woad (värimorsinko) non-toxic blue dye textiles. Photo: Valeria Azovskaya
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Pikamuodin hinta: 92 miljoonaa tonnia jätettä ja 79 triljoonaa litraa vettä vuodessa sekä 10 % maailmanlaajuisista päästöistä

Ympäristövaikutusten vähentäminen vaatii koko järjestelmän muutosta, sanoo Kirsi Niinimäen työryhmä.
reppukeilain
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Lisättyä todellisuutta, startupeja ja täsmämetsänhoitoa

Laserkeilauksen huippuyksikkö on edistänyt tieteen ja taiteen kohtaamisia ja luonut yhteiskuntaa ja taloutta kehittävää teknologiaa.
BIZ public artworks (photo: Mikko Raskinen)
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Helsinki GSE perustaa talouden tilannehuoneen – tavoitteena tukea nopeaa päätöksentekoa koronaviruskriisissä

Tilannehuone tekee myös yhteistyötä Vesa Vihriälän vetämän, pidemmän aikavälin talousvaikutuksiin keskittyvän ryhmän kanssa.
Kuvakaappaus Biografiasammosta
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Eero Hyvönen tuo datamassat humanistien – ja kaikkien muidenkin – ulottuville

Hyvösen ja hänen kollegoidensa kehittämien ”sampojen” data on kaikille avointa. Sammot helpottavat esimerkiksi historioitsijoiden työtä, sillä he voivat hyödyntää ja analysoida niissä olevaa dataa ilman ohjelmointitaitoja.