Uutiset

Uusi kvantti-ilmaisin mittaa äärimmäisen pieniä energiamuutoksia

Kvantti-ilmaisimella voidaan tutkia esimerkiksi kvanttitietokoneiden kubittien vuorovaikutusta ympäröivän maailman kanssa.
An illustration showing a nano-strip of copper being bombarded by photons, with a thermometer measuring its heat
Uudella kvantti-ilmaisimella voidaan mitata kvanttijärjestelmän lämpöenergiaa. Taustakohinan seasta pystytään havaitsemaan hädin tuskin erottuvia, äärimmäisen pieniä energiamuutoksia. Kuvitus: Safa Hovinen, Merkitys.

Kvanttitietokoneiden väitetään jo ratkaisseen ongelmia, jotka ovat perinteisten tietokoneiden ulottumattomissa. Esimerkiksi Google on osoittanut kvanttitietokoneen ratkaisevan laskutoimituksia huomattavasti supertietokonetta nopeammin. Kvanttifysiikan siirtäminen laboratorioista käytännön sovelluksiin on kuitenkin teknisesti haastavaa, ja kehityksen vauhdittamiseksi on ratkaistava vielä monia avoimia tutkimuskysymyksiä. Yksi näistä on lämpö ja sen käyttäytyminen kvanttimaailmassa.

Aalto-yliopiston ja Lundin yliopiston tutkijat esittelevät uudessa Nature Communications -lehdessä uuden, äärimmäisen herkän kvantti-ilmaisimen. Sillä voidaan mitata kvanttijärjestelmän lämpöenergiaa ja tutkia jatkossa kvanttitilojen, kuten kvanttitietokoneiden kubittien, vuorovaikutusta ympäröivän maailman kanssa. Vuorovaikutuksen mittaaminen edellyttää, että taustakohinan seasta pystytään havaitsemaan hädin tuskin erottuvia, äärimmäisen pieniä energiamuutoksia.

”Kvantti-ilmaisin eli kalorimetri imee itseensä kvanttitiloista säteilyä kuparilangalla, jonka paksuus on vain hiuksen tuhannesosa. Kalorimetrin tarkkuudelle on olemassa teoreettinen raja, jonka olemme saavuttamassa laitteellamme”, kertoo tohtorikoulutettava Bayan Karimi, joka työskentelee professori Jukka Pekolan vetämässä kvanttiteknologian huippuyksikössä.

”Kvanttitermodynamiikan alaa on näihin päiviin saakka hallinnut teoreettinen tutkimus, ja tärkeitä kokeita on alettu tehdä vasta hiljattain”, kertoo Pekola. Hän rakentaa ryhmänsä kanssa nanolaitteita, joiden avulla voidaan ratkaista kokeellisesti avoimia kvanttitermodynamiikan kysymyksiä.

Yksi kvanttifysiikan tutkimuksen haasteista on se, että mittaus voi aiheuttaa muutoksia mitattavissa kvanttitiloissa. Tilanne on sama kuin silloin, kun vesi, jonka lämpötilaa halutaan mitata, alkaisi kiehua, kun lasiin laitetaan lämpömittari. Siksi tutkimusryhmän oli rakennettava kvantti-ilmaisin, joka mittaa erittäin pieniä muutoksia vaikuttamatta mittauksen kohteena oleviin kvanttitiloihin.

Tutkimuksen kokeellinen osuus tehtiin kansallisessa mikro-, nano- ja kvanttiteknologioiden OtaNano-tutkimusinfrastruktuurissa. Pekolan ja Karimin lisäksi tutkimusryhmään kuuluivat Lundin yliopiston tutkijatohtori Fredrik Brange ja professori Peter Samuelsson. Tutkimusta rahoittavat Suomen Akatemia, Euroopan unionin tutkimuksen ja innovoinnin puiteohjelma Horisontti 2020 Euroopan tutkimusneuvoston (ERC) ja Marie Skłodowska-Curie-toimien kautta, sekä ruotsalainen Vetenskapsrådet.Tohtorikoulutettava Bayan Karimi työskentelee myös eurooppalaisessa Marie Skłodowska-Curie -koulutusverkostossa.

Tutkimus on julkaistu Nature Communicationsissa 17. tammikuuta 2020, ja koko artikkelin voi lukea täältä.

Bayan Karimi ja Jan Goetz kertovat videolla tutkimuksestaan:

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lisää tästä aiheesta

Photo: Koite Health.
Tiedotteet Julkaistu:

Uusi menetelmä tappaa hampaista haitalliset bakteerit – hyötyjiä erityisesti syöpäpotilaat ja diabeetikot

Suomalaistutkijoiden kehittämä turvallinen menetelmä perustuu kaksoisvalohoitoon. Menetelmä ei häiritse suun normaalia bakteeriflooraa eikä aiheuta resistenssiä.
Annual Review: Dean Tuomas Auvinen, professor Jenni Reuter, HR Coordinator Hanna Nurmela. Photo: Enni Grundström
Palkitut, Tiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Taiteiden ja suunnittelun korkeakoulun vuosikatsauksessa juhlittiin vuoden 2019 huippuhetkiä

Helmikuun 5. päivä 2020 järjestetyssä tapahtumassa jaettiin yhteensä yhdeksän tunnustuspalkintoa Aalto ARTS -yhteisön jäsenille.
Kiertotalouslaboratorio, Ted Nuorivaara
Tiedotteet Julkaistu:

Kiertotalouden yhteislaboratorio avautui Otaniemessä

Geologian tutkimuskeskus GTK, VTT ja Aalto-yliopisto kehittävät Circular Raw Materials Hubissa ratkaisuja hiilineutraalin ja resurssitehokkaan yhteiskunnan tarpeisiin yhdessä teollisuuden kanssa.
Costa Smeralda varustelulaiturissa (Kuva: Meyer Turku Oy)
Tiedotteet Julkaistu:

Meyer Turku ja Aalto-yliopisto syvempään yhteistyöhön meritekniikan tutkimuksessa ja opetuksessa 

Tavoitteena on vahvistaa ja kehittää monialaista tutkimusyhteistyötä ja opetusta sekä tehostaa asiantuntijayhteistyötä.