Tutkijat pääsivät lähes kvanttirajalle nanorummun avulla
Aalto-yliopiston ja Jyväskylän yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uuden tavan tehdä huipputarkkoja mikroaaltoalueen mittauksia. Menetelmää voidaan käyttää kvantti-informaation käsittelyssä esimerkiksi muuntamalla tehokkaasti elektroniikan piireissä olevaa informaatiota valon kantamaksi.
Tärkeä kvanttiraja
Kun radion virittää kaukana radiomastosta, signaaliin tulee kohinaa. Kohina johtuu pääosin siitä, että sähkömagneettisen signaalin kantamaa informaatiota pitää vahvistaa, jotta se voidaan muuntaa kuultavaan muotoon. Kvanttimekaniikan lakien mukaan kaikki vahvistimet lisäävät kohinaa. 1980-luvun alussa yhdysvaltalainen fyysikko Carlton Caves osoitti teoreettisesti, että Heisenbergin epämääräisyysperiaate kyseisille signaaleille vaatii, että kohinaa on lisättävä vähintään puolen energiakvantin verran. Arkielämässä tällaisella kohinalla ei ole merkitystä, mutta tutkijat ympäri maailmaa ovat silti yrittäneet kehittää vahvistimia, jotka pääsisivät lähelle Cavesin rajaa.
”Vahvistinten kvanttiraja on olennainen kvantti-informaatiota käsiteltäessä, muun muassa kvanttilaskennassa ja kvanttimekaanisissa mittauksissa, koska lisätty kohina rajoittaa tarkasti mitattujen signaalien suuruutta”, toteaa Aalto-yliopiston professori Mika Sillanpää.
Kvanttibiteistä lentäviin kubitteihin
Tähän mennessä rajan lähelle on päässyt vain 1980-luvulta lähtien kehitelty suprajohtaviin liitoksiin perustuva vahvistin, jonka käyttö ei kuitenkaan ole ongelmatonta. Sillanpään johtamassa työssä Aallon ja Jyväskylän yliopiston tutkijat yhdistivät nanomekaanisen värähtelijän, ”nanorumpukalvon”, kahteen suprajohtavaan piiriin eli kaviteettiin.
”Tuloksena oli maailman tarkin nanorummuilla tehty mikroaaltojen mittaus”, hehkuttaa mittauksen tehnyt Caspar Ockeloen-Korppi Aalto-yliopistosta.
Mikroaaltomittauksen lisäksi laitteella voidaan siirtää kvantti-informaatiota taajuudelta toiselle ja samalla vahvistaa sitä.
”Tällä tavoin voitaisiin siirtää informaatiota vaikkapa suprajohtavista kvanttibiteistä näkyvän valon alueen ’lentäviin kubitteihin’ ja takaisin”, maalailevat laitteen teorian luoneet Jyväskylän yliopiston professori Tero Heikkilä ja akatemiatutkija Francesco Massel. Menetelmästä voisi olla siten hyötyä esimerkiksi kvanttimekaniikkaan perustuvassa datan salauksessa eli kvanttikryptografiassa.
Tutkimukseen osallistuivat myös tutkijat Juha-Matti Pirkkalainen ja Erno Darmskägg Aalto-yliopistosta. Se julkaistiin fysiikan alan arvostetuimpiin kuuluvassa Physical Review X -julkaisussa 28. lokakuuta 2016. Työ tehtiin Suomen Akatemian Matalien lämpötilojen kvantti-ilmiöiden ja komponenttien huippuyksikössä ja sitä rahoitti myös Euroopan tiedeneuvosto.
Linkki artikkeliin https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.6.041024
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Professori Mika Sillanpää, Aalto-yliopisto
p. 050 344 7330
mika.sillanpaa@aalto.fi
Professori Tero Heikkilä, Jyväskylän yliopisto
p. 040 805 4804
tero.t.heikkila@jyu.fi
Kuvat
Linkit
Tietoja julkaisijasta
Aalto-yliopistossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Rakennamme kestävää tulevaisuutta saavuttamalla läpimurtoja avainalueillamme ja niiden yhtymäkohdissa. Samalla innostamme tulevaisuuden muutoksentekijöitä ja luomme ratkaisuja maailman suuriin haasteisiin. Yliopistoyhteisöömme kuuluu noin 13 000 opiskelijaa ja yli 4 500 työntekijää, joista 400 on professoreita. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Aalto-yliopisto
Satelliittikuvat paljastavat ennallistamisen vaikutukset turvemailla9.7.2025 07:30:00 EEST | Tiedote
Yli 20 vuotta kattava satelliittiaineisto osoittaa, että ennallistettujen turvemaiden lämpötila ja heijastavuus alkavat muistuttaa luonnontilaisia soita noin vuosikymmenessä. Kasvillisuuden palautumisessa kestää pidempään, ja erot alueiden välillä ovat suurempia.
Tutkimus: Uusien rakennusten päästöistä 70 prosenttia tulee rakentamisesta – eikä sitä huomioida tarpeeksi30.6.2025 07:53:14 EEST | Tiedote
Energiatehokkuus ja uusiutuvan energian käyttö ovat vähentäneet uudisrakennusten elinkaaripäästöjä, mutta rakentamisen päästöt eivät ole laskeneet. Viheralueiden vaaliminen ja puurakentamisen suosiminen tekisi rakentamisesta kestävämpää, korostavat tutkijat.
Tutkimus: Seksuaali- ja sukupuolivähemmistöille myönteiset yritykset ovat selvästi innovatiivisempia18.6.2025 09:30:00 EEST | Tiedote
Yhdysvaltalaisia suuryrityksiä koskenut tutkimus kertoo, että patenttien määrä ja laatu kasvavat merkittävästi, jos yritys saa korkeat pisteet LGBTQ+-yhteisöä eli seksuaali- ja sukupuolivähemmistöjä tukevissa arvioinneissa.
Koneoppiminen tuo vallankumouksen tutkimukseen ja tuotekehitykseen – uuden tekoälyinstituutin johtajalle merkittävä EU-rahoitus17.6.2025 13:00:00 EEST | Tiedote
Uusi projekti ratkoo koneoppimisen keskeistä pullonkaulaa ja muodostaa myös yhden uuden ELLIS-instituutin tutkimuksen kulmakivistä.
A revolution for R&D with the missing link of machine learning — project envisions human-AI expert teams to solve grand challenges17.6.2025 13:00:00 EEST | Press release
Robust, deployable and collaborative machine learning (ML) methods are needed for artificial intelligence (AI) to become truly useful. This ERC-funded research aims to solve a major ML bottleneck and will form a cornerstone of the newly established ELLIS Institute Finland.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme