Nyheter

Einsteins "spöklika effekt" blir massiv!

Det gäckande kvantmekaniska fenomenet som kallas sammanflätning har nu blivit till verklighet i objekt som är nästintill mikroskopiska i storlek. Resultat som publicerats i Nature visar hur två vibrerande trumskinn med vidden av ett människohår kan uppvisa den spöklika effekten.
Aalto-yliopiston tutkijoiden työssä käytettiin piisirulle valmistettuja noin 15 mikrometrin levyisiä rumpukalvoja, jotka soivat korkealla ultraäänitaajuudella. Mittauksissa kahden rummun värähtelyistä saatiin luotua Einsteinin ennustama erikoinen kollektiivinen kvanttitila. Kuva: Aalto-yliopisto/Petja Hyttinen & Olli Hanhirova, ARKH arkkitehdit Oy.

1935 observerade Einstein att kvantmekanik och sedan den nyligen utvecklade fundamentala naturteorin innebär att en ”spöklik effekt på avstånd” existerar. Det skulle snart bli känt som ”sammanflätning”. Det tillåter objekt att påverka varandra över slumpmässiga avstånd utan ett direkt samspel. Fenomenet motstår både klassisk fysik och vårt sunda förnuft.

Nuförtiden anses sammanflätning vara en grundpelare i kvantmekanik och har tidigare rättfärdigats i experiment med mikroskopiska system såsom ljus och atomer. Sammanflätning är nyckelresursen för flera olika potentiellt transformativa kvanttekniker, såsom kvantdatorn och informationsöverföring, under de kommande årtiondena.

Kvantsammanflätning är dock extremt skört och försvinner om de sammanflätade partiklarna samspelar med sin omgivning, exempelvis genom termiska störningar. Det ansågs länge som vansinnigt att sammanflätning kunde uppstå mellan objekt större än atomer eller molekyler.

Motsatsen har nu bevisats av en grupp som leds av professor Mika Sillanpää vid Aalto-universitetets institution för teknisk fysik. Deras resultat har publicerats i Nature, världens mest ansedda vetenskapliga journal.

I sina laborationsmätningar lyckades forskarna framkalla ett sammanflätat kvanttillstånd i två skilda och rörliga objekt, nästintill osynliga för blotta ögat, där de känner varandra genom den ”spöklika effekt” som gjorde Einstein så omtalat obekväm. Objekten i experimentet var två vibrerande trumskinn som tillverkats av metallisk aluminium på ett kiselchip. Trumskinnen är väldigt stora och makroskopiska i jämförelse med den atomiska skalan – diametern liknar vidden av ett människohår.

”De vibrerande kropparna tvingas samspela via en supraledande mikrovågskrets. De elektromagnetiska fälten i kretsen för bort termiska störningar och lämnar efter sig endast de kvantmekaniska vibrationerna,” säger professor Sillanpää i beskrivningen av det experimentella upplägget.

Det är avgörande att eliminera alla former av externt brus i experimenten, vilket är anledningen till att de måste utföras vid extremt låga temperaturer i närheten av den absoluta nollpunkten –273 °C. Det är anmärkningsvärt att det experimentella tillvägagångssättet tillåter det ovanliga tillståndet sammanflätning att bestå under längre perioder – i detta fallet upp till en halvtimme. Jämförelsevis har mätningar av elementära partiklar uppvisat sammanflätning som endast varar en bråkdel av en sekund.

”Mätningarna är utmanande men väldigt fascinerande. Vi kommer att försöka teleportera de mekaniska vibrationerna i framtiden. Inom kvantteleportering kan egenskaperna för de fysiska kropparna överföras över slumpmässiga avstånd med förbindelsen 'spöklik effekt på avstånd.' Vi är fortfarande rätt långt från Star Trek dock,” säger doktor Caspar Ockeloen-Korppi, huvudförfattare för arbetet och som även utförde mätningarna.

Resultatet demonstrerar att det nu är möjligt att ha kontroll över de mest ömtåliga egenskaperna av objekt vars storlek närmar sig skalan för våra dagliga liv. Prestationen öppnar dörrar för nya typer av kvanttekniker där de sammanflätade trumskinnen kan användas som routers eller sensorer. Fynden möjliggör även nya studier av fundamental fysik, exempelvis den svaga förståelsen för samverkan mellan tyngdkraft och kvantmekanik.

Gruppen innefattade även forskare från University of New South Wales i Australien, University of Chicago i USA och Jyväskylä universitet i Finland, vars teoretiska innovationer banade vägen för laboratorieexperimentet.

Den experimentella forskningen utfördes vid nationella forskningsinfrastrukturen för mikro- och nanotekniker i Finland, OtaNano, och finansierades av Europeiska forskningsrådet och EU:s forsknings- och innovationsprogram Horisont 2020, samt Finlands Akademi.

Forskningsartikel: C. F. Ockeloen-Korppi, E. Damskagg, J.-M. Pirkkalainen, A. A. Clerk, F. Massel, M. J. Woolley, M. A. Sillanpaa: ”Stabilized entanglement of massive mechanical oscillators”. Nature 556, 7702 (2018). https://doi.org/10.1038/s41586-018-0038-x

Kontaktuppgifter:

Mika Sillanpää, professor
Aalto-universitetet, institutionen för teknisk fysik
[email protected]
tel. +358 50 344 7330 (GMT +3)

  • Publicerat:
  • Uppdaterad:
Dela
URL kopierat

Läs fler nyheter

Image depicts a white wall with the words IV Konehuone OLO sprayed on it in red, referring that the engine room for AC is that way.
Campus, Pressmeddelanden, Universitetet Publicerat:

Aalto-universitetet utlyser tävlingar om konstverk i kvarteret som nu byggs

Med tävlingarna vill man ha konstverk till det nya kvarteret Aalto Works.
The apparatus consisted of a micron-scale aluminium superconductor separated from a normal conductor – metallic copper – by a thin insulating layer. When Cooper pairs in the superconductor broke, the quasiparticles would tunnel through the insulation to the copper, where the researchers observed them with a charge detector. Picture: Aalto University.
Pressmeddelanden Publicerat:

Ögonblick av tystnad visar vägen mot bättre supraledare

Tillsammans med forskare från Lunds universitet och VTT satte teamet vid Aalto upp ett experiment för att upptäcka ett mindre antal kvasipartiklar i realtid.
Ilmastoyliopiston logo
Pressmeddelanden Publicerat:

Utbudet av klimatkurser breddas: Aalto och 17 andra universitet samarbetar som Klimatuniversitet

Nätverket Klimatuniversitetet (Climate University) som koordineras av Helsingfors universitet har slutit samarbetsavtal för undervisning mellan 18 olika universitet. I och med de nya avtalen kommer de flesta universitetsstudenter i Finland att ha tillgång till nätverkets kurser om klimat- och hållbarhetsteman.
Eturivissä opiskelijat Otto Simola, Verneri Hirvonen ja Julius Helander. Takarivissä professori Jussi Ryynänen ja vanhempi yliopistonlehtori Marko Kosunen. Kuva: Niina Norjamäki
Pressmeddelanden, Vetenskap & konst Publicerat:

Studerande kodade en öppen mikroprocessor som företagen kan använda hur de vill

Den nya processorn kan användas till exempel i 6G-transceivers och i krypteringsteknologi. Projektet lockar unga att studera mikroelektronik, ett område där det råder en skriande brist på experter i Finland.