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

Lue lisää uutisia

Kolme opiskelijaa ryhmätyön äärellä
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Kauppakorkeakoulun lähestymistapa kestävään kehitykseen kauppatieteiden koulutuksessa on ainutlaatuinen Euroopassa

Meillä on yli 30 vuoden kokemus kestävän kehityksen aiheisiin liittyvästä tutkimuksesta, joten voimme nojautua opetuksessa huipputason tutkimukseen, sanoo dekaani Timo Korkeamäki.
Kuva, jossa esitellään Cyber Citizen -hankkeen lopputuotteet: SecPort-portaali sekä kyberturvallisuuteen keskittyvä peli.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Cyber Citizen -hanke kehittää eurooppalaisten kyberturvataitoja pelillistämisen avulla

Aalto-yliopisto ja liikenne- ja viestintäministeriö ovat toteuttaneet laajan Cyber Citizen -hankkeen, jonka tavoitteena on kehittää arkipäivän kyberturvataitojen osaamista Euroopan unionin alueella.
A woman wearing a black jacket sits by a table in room, with sunlight beaming down from the windows above. She sits by the table looking at her laptop while holding onto a pen. A tablet and notebook lay open near the laptop. Pic by Kalle Kataila / Aalto University
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tilintarkastajan kokemus ilmastoriskeistä vaikuttaa asiakkaan ilmastoriskitiedottamisen laatuun

Tutkimus tehtiin kansainvälisessä yhteistyössä usean eri maan yliopiston kanssa.
Valaistu moottoritie, merta, rakennuksia ja taivasta
Yhteistyö, Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide, Yliopisto Julkaistu:

Vahva sijoitus tekoälyyn – Suomeen perustetaan ELLIS-instituutti tehostamaan tutkimusta ja houkuttelemaan osaajia

Suomalainen tekoälytutkimus on saanut merkittävän tuen hallitukselta ja lahjoittajalta.