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:

People

Bayan Karimi

Doctoral student

Funding

This work was funded through Academy of Finland, the European Union’s Horizon 2020 research and innovation program under the European Research Council program and Marie Sklodowska-Curie actions.

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Havainnekuva rintasyöpäsoluista mikroskoopissa
Mediatiedotteet Julkaistu:

Rintasyöpäsolu leviää tekemällä kudosmateriaaliin käytäviä – uusi mittausmenetelmä paljasti hämmästyttävän tiedon solun käyttämistä voimista

Mittaukset osoittivat, että solu tuottaa voimasykäyksiä paljon lyhyemmissä sykleissä kuin aiemmin on ajateltu. Aalto-yliopiston ja Stanfordin yliopiston kehittämä mittausmenetelmä voi auttaa rintasyöpätutkimusta ja vauhdittaa lääkkeiden kehitystä.
Tuoleja ravintolatilassa, taustalla asiakaspalvelutilanne
Mediatiedotteet Julkaistu:

Uusi teknologia voi auttaa tekemään kestäviä ruokavalintoja

Lohkoketjusovellus antaa tietoa ruoan ympäristövaikutuksista ja paremman kokonaiskuvan eri valintojen merkityksestä.
A schematic showing two circular light waves coming from the left, passing through a square representing the modulator, and emerging as a single linear light beam.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Valollakin on kätisyys – ja sen hallitseminen tehostaa optista teknologiaa

Uusi optinen modulaattori on miljoonaa kertaa nykyisiä vaihtoehtoja nopeampi. Se voi parantaa optisten teknologioiden suorituskykyä monissa sovelluksissa, viestinnästä tietotekniikkaan.
Lauri Parkkonen and the family cat, Roosa. Photo: Lauri Parkkonen, Aalto, University.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Mitä koirien ja kissojen aivoissa tapahtuu? Uusi kuvantamismenetelmä selvittää lemmikkien mielen saloja

Aalto-yliopiston professori Lauri Parkkosen ryhmä on vuosia kehittänyt kvanttioptisia antureita aivomagneettikäyrän eli magnetoenkefalografian (MEG) mittaamiseen. Toisin kuin perinteisessä MEG-laitteessa, jossa hyvin kylmässä toimivat suprajohtavat anturit vaativat ympärilleen senttimetrejä paksun lämpöeristeen, nämä uudet huoneenlämpötilassa toimivat anturit voidaan tuoda suoraan pään pinnalle. Tämä mahdollistaa entistä tarkemmat aivomagneettikäyrien mittaukset. MEG-kuvantaminen on tutkittavalle kivutonta ja turvallista.