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

Taiteellinen kuva panssaroidusta superhydrofobisesta pinnasta, joka kestää iskuja ja hylkii nesteitä tehokkaasti. Kuva: Juha Juvonen.
Yhteistyö, Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Vettä hylkivä panssaripinnoite voi pian tehostaa aurinkopaneeleja ja tuoda suksiin lisäluistoa

Kesäkuussa Aalto-yliopiston tutkijat kertoivat kehittämästään pinnoitteesta Nature-lehdessä. Nyt pinnoitteesta aletaan kehittää lukuisia kaupallisia sovelluksia muun muassa rakennus- ja elektroniikkateollisuuden kanssa.
The computer game could help in the treatment of depression alongside therapy and drug treatment. Picture: Matias Palva’s research group, Aalto University.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Tutkijat kehittävät tietokonepeliä masennuksen hoitoon

Terapeuttisen toimintavideopelin pelaaminen voi helpottaa masennuspotilaiden oireita ja parantaa heidän kognitiivista toimintakykyään.
putretti-lannoite
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tutkijat kehittivät tuhkasta ja kompostista metsien täsmälannoitteen

Putretiksi nimetty lannoite sisältää fosforia, kaliumia, hiiltä ja hitaasti vapautuvaa typpeä, jotka edistävät puiden kasvua. Sen valmistus kuluttaa selvästi vähemmän energiaa kuin keinolannoitteiden ja vähentää myös louhimisen tarvetta.
An electron microscope image of the device used to extract entangled electrons
Mediatiedotteet Julkaistu:

Askel kohti lähes rajatonta laskentatehoa – tutkijat loivat kvanttilomittumista lämmön avulla

Helppo ja hallittava kvanttilomittuminen lisää kokonaislaskentakapasiteettia ja mahdollistaa muun muassa kvanttisalauksen eli turvallisen tiedonsiirron suurillakin etäisyyksillä.