Tutkijat saivat kvanttibitin hyppäämään yhden energiatason yli

Energiansiirron tarkempi ymmärtäminen voi mahdollistaa esimerkiksi sähköautojen erittäin nopean lataamisen.
Superadibiatic transfer QTF

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.

transmon
Transmon-laitteen sisältäviä suprajohtavia piirejä voidaan käyttää kvanttitilan hallintaan – KVANTTI-ryhmä/Aalto-yliopisto. Kuva: Dong Lan ja Sorin Paraoanu.

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 
[email protected]
puh. 050 344 2650

Lisää tästä aiheesta

Kansikuvat Verma ja Lee
Tiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Hyvää suunnittelua vauvasta vaariin

Aalto ARTSin elokuun väittelijät ratkaisevat ongelmia eri käyttäjäryhmät huomioonottavilla suunnittelumetodeilla.
Mika Juuti studied the use of machine learning in information security for his dissertation.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tietoturvatutkijan täytyy osata ennakoida hyökkääjän seuraava askel

Tohtorikoulutettava Mika Juuti keskittyi väitöskirjassaan koneoppimisen hyödyntämiseen tietoturvajärjestelmissä.
Photoactive rod-like virus bundle schematic
Tiedotteet, Tutkimus ja taide, Yliopisto Julkaistu:

Virukset ja väriaineet voidaan valjastaa vedenpuhdistukseen

Aalto-yliopiston tutkijat kehittivät uuden tavan luoda viruspohjaisia materiaaleja. Tulevaisuudessa niitä voidaan hyödyntää muun muassa nanolääketieteessä ja ympäristöteknologiassa.
Kuva: Sanna Lehto
Yhteistyö, Tutkimus ja taide, Opinnot Julkaistu:

Miten katkaista haavoittuvaisuusketju

Claudia Garduño ja AaltoLAB Mexico selvittivät, kuinka empatian, tiiviin kuuntelemisen ja muotoiluajattelun avulla voidaan löytää alkuperäisyhteisön keskeisimmät ongelmat.
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu