Uutiset

Tutkijat ylittivät mikroaaltomittausten kvanttirajan

Tutkijoiden kehittämää mikroaaltojen mittausmenetelmää voidaan hyödyntää kvanttilaskennassa tai gravitaatioaaltojen mittauksessa.
Mikrorummut mahdollistavat radiotaajuisten signaalien lähes kohinattoman mittaamisen. Kuva: Mika Sillanpää.

Aalto-yliopiston ja Jyväskylän yliopiston tutkijat ovat löytäneet uuden mikroaaltojen mittaustekniikan, joka mahdollistaa mittauksen kvanttirajalle ja jopa sen yli. Menetelmää voidaan hyödyntää kvanttilaskennassa tai gravitaatioaaltojen mittauksessa.

Kvanttimekaanisen Heisenbergin epätarkkuusperiaatteen mukaan havaitsija ei voi saada yhtä aikaa täysin tarkkaa tietoa sekä hiukkasen paikasta että sen liiketilasta, mikä asettaakin rajoituksen kaikille mittauksille. Kvanttimekaniikan teorian mukaan myös valo eli sähkömagneettiset aallot voidaan esittää hiukkasina, fotoneina, ja niiden mittausta rajoittaa kyseinen epätarkkuusperiaate. Ilman mittausten epätarkkuutta voisimme mitata mielivaltaisen pieniä signaaleja, ja esimerkiksi kännykkäverkot toimisivat kaikkialla maailmassa yhden ainoa tukiaseman välityksellä.

Tietoliikenteessä käytettävien radio- ja mikroaaltotaajuuksisten signaalien mittaustarkkuus riippuu pääosin mittareiden teknisistä rajoitteista ja tästä syystä niissä mittaus on paljon epätarkempi kuin mitä kvanttiraja vaatii. Mikroaaltomittausten kvanttiraja on kuitenkin saavutettu kvanttilaskennassa käytettävillä suprajohtavilla mikropiireillä. Jokin aika sitten Aalto-yliopiston ja Jyväskylän yliopiston ryhmät pääsivät jo hyvin lähelle yhdistämällä mikroaaltoresonaattoreita värähteleviin nanorumpukalvoihin.

Kvanttirajan tuolle puolen nanorummun avulla

Nyt julkaistussa työssä käytettiin uudella tavalla nanomekaanisia värähtelijöitä eli nanorumpuja, mikä mahdollistaa jopa kvanttirajan yli menevän mittauksen. Hiukkaselle tämä olisi mahdollista mittaamalla vain joko paikkaa tai liiketilaa, ja jättämällä huomiotta kaikki informaatio toisesta ominaisuudesta.

”Valoaallolle vastaava mittaus voidaan toteuttaa ottamalla huomioon vain osa aallosta, ja jättämällä rauhaan toinen osa”, selittää nanorumpukalvoilla mittauksen tehnyt tutkijatohtori Caspar Ockeloen-Korppi.

Tutkimusryhmät ovat patentoineet uuden menetelmän. Tutkimusta johtanut Aalto-yliopiston professori Mika Sillanpää korostaa mahdollisia sovellusalueita: ”Menetelmää voidaan käyttää mittaamaan hyvin heikkoja signaaleja vaikkapa kvanttilaskennassa tai gravitaatioaaltojen mittauksessa.”

Ockeloen-Korpin ja Sillanpään lisäksi tutkimusryhmään kuuluivat Juha-Matti Pirkkalainen ja Erno Damskägg. Jyväskylän yliopiston Nanotiedekeskuksesta mukana olivat Tero Heikkilä ja Francesco Massel. Työ tehtiin Suomen Akatemian Matalien lämpötilojen kvantti-ilmiöiden ja komponenttien huippuyksikössä ja sitä rahoitti myös Euroopan tiedeneuvosto.

Tulokset julkaistiin fysiikan alan arvostetuimpiin kuuluvassa julkaisussa Physical Review Letters 6.3.2017.

Lisätietoa:
•    Artikkeli: ”Noiseless Quantum Measurement and Squeezing of Microwave Fields Utilizing Mechanical Vibrations”, Physical Review Letters 118, 103601 (2017) https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.103601 
•    Mika Sillanpää, [email protected],  puh. +358 50 3447 330
•    Tero Heikkilä, [email protected], puh. +358 40 8054804

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lisää tästä aiheesta

space key touch guard
Tiedotteet Julkaistu:

Kuvanveistäjä teki kuparista mikrobit torjuvan, taskuun sopivan kosketussuojaimen

Suojainta voi käyttää esimerkiksi vessanpöntön kansiin, vääntölukkoihin ja ovenkahvoihin tarttumisessa. Käytön jälkeen se sujahtaa suojakoteloonsa, jossa kupari tappaa pinnalle mahdollisesti tarttuneet taudinaiheuttajat.
Jaana Vapaavuori (left) and Konstantinos Daskalakis (right)
Tiedotteet Julkaistu:

EU:lta miljoonarahoitus älykkäiden materiaalien ja uuden sukupolven ledien tutkimukseen

Apulaisprofessori Jaana Vapaavuoren ja tutkijatohtori Konstantinos Daskalakisin hankkeet parantavat rakennusten ja valaistuksen ympäristöystävällisyyttä.
Rehtori Ilkka Niemelä pitää lukuvuoden avajaispuhetta verkon välityksellä.
Tiedotteet, Yliopisto Julkaistu:

Rehtori Ilkka Niemelä: ”Kärsinyt talous ei kaipaa jälleenrakentamista, vaan uudelleen rakentamista kestävän kehityksen perustalle"

Lukuvuoden avajaisissa puhuivat myös tiede- ja kulttuuriministeri Annika Saarikko ja ylioppilaskunnan puheenjohtaja Olli Kesseli. Avajaiset toteutettiin virtuaalisesti.
Townhouses in Malminkartano. Photo: Eija Hasu
Tiedotteet Julkaistu:

Tuore kysely: kolme neljästä pientaloasukkaasta maksaisi enemmän ympäristöystävällisestä kodista

Peräti 75 prosenttia suomalaisista pientaloasukkaista olisi valmiita maksamaan nykyistä enemmän kestävää kehitystä edistävästä kodista.