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:

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

Lisää tästä aiheesta

valoanturi
Tiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Aallossa kehitetty musta valoanturi ylitti ensimmäisenä maailmassa 100 prosentin hyötysuhteen

Hyötysuhde oli niin hyvä, että tutkijat eivät ensin olleet itsekään uskoa sitä. Siksi ennätystulos vahvistettiin myös Euroopan tarkimmista mittauksista vastaavassa Saksan kansallisessa metrologian instituutissa PTB:ssä. Aallosta ponnistanut ElFys Oy toimittaa jo ennätysantureita prosessiteollisuuden tarpeisiin.
Saara Saarela at the set of the movie Guardian of Water. Photo: Gabriela Urm © Bufo 2020
Tiedotteet Julkaistu:

Saara Saarela ohjaa Veden vartija -suurtuotannon

Emmi Itärannan kansainvälisesti menestyneeseen romaaniin perustuvan Veden vartija -elokuvan ohjaa Saara Saarela, joka toimii tällä hetkellä myös Aalto-yliopiston elokuvaohjauksen professorina.
Heikko kirkastuma, kuva: Metsähovin radiotutkimusasema
Tiedotteet Julkaistu:

Uusi tutkimus: Rauhallinen Aurinko on paljon aktiivisempi kuin luulimme

Rauhallista Aurinkoa on tutkittu huomattavasti vähemmän kuin aktiivista Aurinkoa.
Pohjoisen ikirouta-alueen vehreää kasvillisuutta. Kuva: Ive van Krunkelsven
Tiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Ikiroudan sulaminen voi lisätä kasvihuonepäästöjä luultua enemmän – syynä kasvien juurten vauhdittama lisähajotusilmiö

Lisähajotusilmiö voi yksinään johtaa jopa 40 miljardin hiilitonnin vapautumiseen ikiroudasta vuoteen 2100 mennessä.