Uutiset

Tutkijat rakensivat lämpöventtiilin kvanttibitistä

Aalto-yliopiston tutkijat selvittävät, voisivatko nanokokoiset kvanttilämpövoimakoneet olla perinteisiä koneita tehokkaampia.
Tutkijat voivat kehittämällään venttiilillä säätää lämmön kulkua kvanttibitin sisällä. Kuva: Jorden Senior/Aalto-yliopisto.

Arvostetussa Nature Physics -lehdessä julkaistussa artikkelissaan Aalto-yliopiston professori Jukka Pekolan johtama ryhmä osoittaa, miten pienet kvanttijärjestelmät ovat vuorovaikutuksessa ympäristöönsä ja miten energia liikkuu sekä kvanttijärjestelmän sisällä että kvanttimaailman ja makroskooppisen maailman välillä. Pekolan ryhmä tutkii systeemejä, joissa kvantti-informaatio ja termodynaamiset ilmiöt esiintyvät yhtä aikaa.

“Olemme toteuttaneet pienen lämpöventtiilin, joka perustuu kvanttitietokoneiden ja kvanttilämpövoimakoneiden perusosaseen, suprajohtavaan kvanttibittiin eli kubittiin”, professori Pekola kertoo.

Kvanttitietokoneissa kubittien tulee toimiakseen säilyttää herkkä kvantittunut tilansa eristyksissä ulkomaailman häiriöistä. Kvanttimaailman lämpövoimakoneissa kubittien taas pitäisi kytkeytyä ympäristöönsä, jotta lämpö voisi siirtyä paikasta toiseen.

Ratkaistavaksi jää erityisen hankala ongelma: miten ulkoisiin lämpölähteisiin kytketty kvanttijärjestelmä saavuttaa termisen tasapainon, kun lämpö kulkee järjestelmien välillä yksittäisten fotonien mukana?

”Kontrolloimme kubittia magneettikentällä niin, että voimme käyttää sitä kuin säätöventtiiliä. Se joko päästää fotoneita kubitin läpi tai estää niiden virtauksen”, selittää tutkijatohtori Alberto Ronzani, artikkelin pääkirjoittaja.

Kvanttilämpökoneella voi muuttaa lämpöenergiaa sähköiseksi tai mekaaniseksi energiaksi – tai sitä voi käyttää takaperin, jäähdyttimenä.

“Olemme nyt osoittaneet, miten tällainen lämpökytkin toimii joissain tilanteissa. Tavoitteemme on selvittää teoreettisia ja kokeellisia menetelmiä yhdistelemällä, miten kvanttijäähdyttimet ja -lämpökoneet ylipäätään toimivat. Nyt saavuttamamme tulos on merkittävä tieteellinen askel rajatuista kvanttijärjestelmistä, jotka ovat häiriöttömiä ja häviöttömiä, kohti häviöllisiä eli täysin avoimia järjestelmiä, Pekola sanoo.

Tutkijaryhmään kuuluivat Alberto Ronzani, Bayan Karimi, Jorden Senior, Joonas Peltonen ja Jukka Pekola Aalto-yliopistosta sekä kokeelliseen osuuteen osallistuneet Yu-Cheng Chang ja ChiiDong Chen Kiinan tasavallan Taiwanin kansallisesta yliopistosta ja Academia Sinican fysiikan instituutista.

Jukka Pekola johtaa Suomen Akatemian tutkimuksen kansallista huippuyksikköä Quantum Technology Finland. Kokeellinen tutkimus tehtiin mikro-, nano- ja kvanttiteknologian kansallisessa OtaNano-tutkimusinfrastruktuurissa.

Tutkimusartikkeli:
A. Ronzani, B. Karimi, J. Senior, Y.-C. Chang, J.T. Peltonen, C.D. Chen, J.P. Pekola: ‘Tunable photonic heat transport in a quantum heat valve’. Nature Physics 14:7 (2018).
DOI: 10.1038/s41567-018-0199-4.

Lisätietoja:
Jukka Pekola, akatemiaprofessori
[email protected]
puh. 050 344 2697

 

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

The ultrasonic needle, which is a regular medical needle with a metal attachement connected to a large box on the side of the syringe
Mediatiedotteet Julkaistu:

Ultraäänineula tehostaa biopsiaa – luotettavan syöpätestin kudosmäärä saadaan vaivatta ohuellakin neulalla

Laitetta voidaan tulevaisuudessa hyödyntää myös lääkkeiden annostelussa ja jopa pienten kasvainten ja munuaiskivien hajottamisessa.
A green laser light shining on a sample stage between two magnets
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tietokonesiru, joka ei koskaan ylikuumene? Nanokokoinen spinaaltolaite on askel kohti aivan uudenlaista laskentaa

Spinaaltoihin perustuva laskenta tehostaa erityisesti kuvankäsittelyä ja hahmontunnistusta.
Kerrostalo ja kallioita
Yhteistyö, Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

LÄHIÖPRIDE-hankkeessa tutkitaan lähiömielikuvien ja rakennetun ympäristön suhdetta

Monitieteinen hanke yhdistää arkkitehtuurin historian, sosiologian, kriittisen kulttuuriperinnön ja maisema-arkkitehtuurin tutkimuksen. Tutkimukseen ja työpajoihin pohjaava hanke tähtää lähiöiden kestävään tulevaisuuteen.
Professorineuvosto
Mediatiedotteet Julkaistu:

Aalto-yliopiston professorineuvosto huolissaan Business Finlandin rahoitusperusteista

Aalto-yliopiston professorineuvosto on huolissaan siitä, että Business Finlandin viennin edistämisvaatimukset tekevät nyt ja tulevaisuudessa mahdottomaksi suurimman osan yliopistojen innovaatiotoiminnasta.