Tutkijat saivat kvanttibitin hyppäämään yhden energiatason yli
Aalto-yliopiston tutkijat havaitsivat tuoreessa tutkimuksessaan kvanttijärjestelmissä tapahtuvaa nopeaa energiansiirtoa. Tutkijat ohjasivat kvanttibittiä, jota kutsutaan transmoniksi. Kun transmon-siru kylmennetään alle asteen tuhannesosan päähän absoluuttisesta nollapisteestä, se alkaa käyttäytyä keinotekoisen atomin tavoin. Science Advances -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa Aalto-yliopiston vanhemman yliopistonlehtorin, dosentti Sorin Paraoanun tutkimusryhmä sai transmonin hyppäämään yhden energiatason yli.
Matalissa lämpötiloissa transmonin energia voi saada ainoastaan tiettyjä arvoja, mitä kutsutaan energian kvantittumiseksi. Mahdolliset energiatasot ovat kuin tikapuiden puolat: tikapuita pitkin kiipeävän henkilön on pysähdyttävä kullekin puolalle eikä hän voi häilyä jossain kahden puolan välimaastossa. Samalla tavalla transmonin energia ei voi olla kahden energiatason välissä. Kun transmoniin kohdistetaan mikroaaltoja, transmon voi sulauttaa itseensä energiaa ja kiivetä tikapuiden puolia pitkin ylöspäin.
Tutkimuksessa ylimääräinen mikroaallon ohjaussignaali sai aikaan erittäin tarkan ja nopean energiatason muutoksen. Aiemmin tämä on ollut mahdollista ainoastaan silloin, kun laitetta ohjaavia mikroaaltosignaaleja on muutettu hitaasti ja vähitellen.
Tutkijatohtori Sergey Danilin kuvailee kvanttihallintaa prosessiksi, jossa käytetään transmonin kaltaisia siruja kvanttitietokoneiden rakentamiseen.
”Saadaksemme aikaan kvanttijärjestelmän meidän on kuviteltava itsemme kiipeämään tikapuita samalla kun pitelemme vesilasia. Järjestelmä toimii, jos teemme kaiken rauhallisesti, mutta jos olemme liian nopeita, vesi läikkyy. Tähän tarvitaan erityistä taitoa.”
Energiatikapuiden oikopolku saavutetaan, kun transmon saadaan absorboimaan samanaikaisesti kahta eri taajuista mikroaaltoa.
”Meillä on sanonta hiljaa hyvää tulee. Nyt pystyimme kuitenkin osoittamaan, että järjestelmän tilaa jatkuvasti korjaamalla voimme suorittaa tämän prosessin entistä nopeammin ja luotettavammin”, kertoo julkaisun pääkirjoittaja, tutkijatohtori Antti Vepsäläinen.
Sorin Paraoanun mukaan kvanttilaskennan ja kvanttisimuloinnin sovelluksilla saattaa olla erityisen tärkeä merkitys.
”Haluaisimme ymmärtää perusteellisemmin energiansiirtoon liittyviä prosesseja, jotka ovat läsnä kaikkialla luonnossa ja ympäröivässä teknologiassa. Onko esimerkiksi olemassa mitään rajoituksia sille, kuinka nopeasti sähköauton akku voidaan ladata?”
Tutkimusryhmä kuuluu Suomen akatemian rahoittamaan kansalliseen kvanttiteknologian huippuyksikköön (Quantum technology Finland). Kokeellinen tutkimus tehtiin kansallisessa nano- ja kvanttiteknologioiden OtaNano-tutkimusinfrastruktuurissa.
Viittaus:
A. Vepsäläinen, S.Danilin ja G.S. Paraoanu "Superadiabatic population transfer in a three-level superconducting circuit" Science Advances 5, eaau5999 (2019). DOI: 10.1126/sciadv.aau5999
Yhteystiedot:
Gheorghe-Sorin Paraoanu
Aalto-yliopisto
Teknillisen fysiikan laitos
Kvantti-tutkimusryhmä
sorin.paraoanu@aalto.fi
puh. 050 344 2650
Lue lisää uutisia
Damyn Tulevaisuus-palkintofinalisteina Aallosta hiljattain valmistuneita nuoria suunnittelijoita
Arkkitehtuuri- ja designmuseon ystäväyhdistys Damy jakaa vuosittain Tulevaisuus-palkinnon valmistumisvaiheessa oleville suunnittelijoille.
Alanvaihtaja Arttu Jääskeläinen laajentaa energiamarkkinoiden osaamistaan
Energy Systems and Markets -pääaineessa Arttu Jääskeläinen haluaa keskittyä energiamarkkinoiden strategisen tason osaamiseen.
Hae rahoitusta pääkaupunkiseutua koskevaan vaikuttavuustutkimukseen
Kaupunkivaikutus-hankkeen rahoitushaku on auki 11.10.2026 asti.