EMBARGO 30.9.2020 klo 18.00 Rajapyykki saavutettu - uusi säteilyilmaisin on riittävän nopea kvanttitietokoneisiin
30.9.2020 18:00:00 EEST | Aalto-yliopisto | Tiedote
Aalto-yliopiston ja VTT:n tutkijat ovat kehittäneet uuden nanokokoisen säteilyilmaisimen, jolla voidaan mitata fotonien energiaa ja samalla määrittää kvanttitietokoneissa tarvittavien kubittien energiatila huomattavasti aiempaa tarkemmin ja nopeammin. Tutkimuksen tulokset julkaistaan 30. syyskuuta arvostetussa Nature-lehdessä.
Nanokokoista säteilyilmaisinta kutsutaan bolometriksi, ja sen toiminta perustuu mitattavan säteilyn lämmittävään vaikutukseen. Nopeutensa ja tarkkuutensa ansiosta säteilyilmaisimet voivat löytää tiensä laboratorioista käytännön sovellutuksiin, kuten kvanttitietokoneisiin.
Professori Mikko Möttösen tutkimusryhmä Aalto-yliopistossa on tutkinut herkkiä bolometrejä jo vuosikymmenen ajan.
”Olemme onnistuneet vuosi vuodelta parantamaan säteilyilmaisimen ominaisuuksia. Nyt bolometrimme nopeus ja tarkkuus vaikuttavat olevan riittäviä kubittien sisältämän kvanttitiedon lukemiseen”, sanoo Möttönen.
Tutkimusryhmä onnistui jo aiemmin rakentamaan kultapalladiumista bolometrin, joka oli erittäin vähäkohinainen eli siinä oli hyvin vähän lukusignaalin poukkoilua. Se oli kuitenkin edelleen liian hidas kvanttitietokoneiden kubittien mittaamiseen. Uusi läpimurto saavutettiin korvaamalla kultapalladium grafeenilla. Tätä varten tutkijat tekivät yhteistyötä professori Pertti Hakosen johtaman tutkimusryhmän kanssa, jolla on kokemusta grafeenipohjaisten laitteiden valmistuksesta.
”Kun valmistimme ilmaisimen grafeenista, siitä tuli sata kertaa nopeampi, vaikka kohinan taso pysyi samana. Näiden alustavien tulosten jälkeen voimme vielä tehdä paljon optimointia säteilyilmaisimen parantamiseksi”, kertoo Hakonen.
Vähemmän kohinaa
Kubittien energian mittaaminen on olennainen osa kvanttitietokoneiden toimintaa. Nykyisin useimmat kvanttitietokoneet määrittävät kubitin energiatilan mittaamalla siitä lähtevää jännitettä. Jännitteen mittaamiseen liittyy kuitenkin haasteita. Siihen vaaditaan suuria vahvistinpiirejä, jotka rajoittavat ratkaisun hyödyntämistä suuremmassa mittakaavassa. Lisäksi vahvistin kuluttaa paljon energiaa, ja jännitemittaukset sisältävät kvanttikohinaa, mikä aiheuttaa mittausvirheitä.
Grafeenin lämmönvarauskyky on alhainen, ja sen vuoksi grafeenista valmistettu terminen eli lämpöä mittaava säteilyilmaisin havaitsee hyvin pienet energianmuutokset nopeasti, alle mikrosekunnissa. Tutkijatohtori Antti Laitisen valmistama grafeenipala on lisäksi niin pieni, että se mahtuisi yksittäisen bakteerin sisään.
”Säteilyilmaisimen pieni koko on grafeenin kaksiulotteisuuden eli tasomaisen, vain yhden atomikerroksen paksuisen, rakenteen sekä viime vuosina kehitettyjen nanovalmistusmenetelmien ansiota”, nykyisin Harvardissa työskentelevä Laitinen kertoo.
Mittauksia suoritti väitöskirjaansa viimeistelevä tohtorikoulutettava Roope Kokkoniemi, joka työskentelee nykyisin kvanttitietokoneita rakentavassa IQM-yrityksessä.
”Säteilyilmaisimen suorituskykyä voidaan parantaa merkittävästi jo pelkästään paremmalla mittaustekniikalla”, sanoo Kokkoniemi.
Seuraavaksi tutkimusryhmä keskittyy parantamaan säteilyilmaisimen tarkkuutta entisestään ja käyttämään sitä kvanttisovelluksissa. Tutkimusyhteistyö liittyy Suomen Akatemian rahoittamaan Kvanttiteknologian huippuyksikköön (QTF) ja BOLOSE-anturikehitysprojektiin (RADDESS-ohjelma, 2018-2021).
Alkuperäisartikkeli:
R. Kokkoniemi, J.-P. Girard, D. Hazra, A. Laitinen, J. Govenius, R. E. Lake, I. Sallinen, V. Vesterinen, P. Hakonen, and M. Möttönen, Bolometer operating at the threshold for circuit quantum electrodynamics, Nature (2020)
Linkki julkaisuun (toimii embargon poistuttua) https://www.nature.com/articles/s41586-020-2753-3
Kuva: Taiteellinen näkemys grafeenibolometrista, jota ohjataan sähkökentällä. Kuva: Heikka Valja.
Katsoaksesi videon lähteestä www.youtube.com, anna hyväksyntä sivun yläosasta.Grafeenista tehty bolometri voi mullistaa kvanttiteknologian. Video on englanninkielinen ja sen julkaisun embargo on sama kuin itse tiedotteella (30.9.2020 klo 18)
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Mikko Möttönen
Professori, Kvanttilaskennan ja -laitteiden tutkimusryhmän johtaja
Aalto-yliopisto ja VTT
puh. 050 594 0950
mikko.mottonen@aalto.fi
https://www.aalto.fi/en/department-of-applied-physics/quantum-computing-and-devices-qcd
Pertti Hakonen
Professori, NANO-tutkimusryhmän johtaja
Aalto-yliopisto
puh. 050 344 2316
pertti.hakonen@aalto.fi
https://www.aalto.fi/en/department-of-applied-physics/quantum-circuits-and-correlations-nano
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 16 000 opiskelijaa ja 5 200 työntekijää, joista 446 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
Hanaholmens 50-årsjubileumsutställning får nytt liv online – det finsk-svenska samarbetets historia är nu tillgängligt för alla16.2.2026 07:30:00 EET | Pressmeddelande
Hanaholmens 50-årsjubileumsutställning tas ner senare i år, men berättelsen om samarbetet mellan Finland och Sverige lever vidare. Institutet för mätning och modellering av den byggda miljön (MeMo) har dokumenterat jubileumsutställningen som en trespråkig virtuell 3D-utställning som kan upplevas online världen över.
Hanaholmenin 50-vuotisjuhlanäyttely muuttuu eläväksi verkossa – Suomen ja Ruotsin yhteistyön historia kaikkien ulottuville16.2.2026 07:30:00 EET | Tiedote
Hanaholmenin 50-vuotisjuhlanäyttely puretaan myöhemmin tänä vuonna, mutta suomalais-ruotsalaisen yhteistyön historia ei katoa – se siirtyy digitaaliseksi. Rakennetun ympäristön mittauksen ja mallinnuksen instituutti MeMo on tallentanut juhlanäyttelyn kolmiulotteiseksi, kolmikieliseksi virtuaalinäyttelyksi, joka on avoimesti koettavissa verkossa kaikkialla maailmassa.
Hanaholmen’s 50th anniversary exhibition lives on online – making the history of Finnish–Swedish cooperation accessible worldwide16.2.2026 07:30:00 EET | Press release
Hanaholmen’s 50th anniversary exhibition will be dismantled later this year, but the history of cooperation between Finland and Sweden will not disappear – it will continue in digital form. The Institute of Built Environment Measurement and Modelling (MeMo) has documented the exhibition as a three-dimensional, trilingual virtual experience that is freely accessible online anywhere in the world.
Tutkimus kumoaa myyttejä perheyrityksistä: kantavat taloutta, investoivat ja työllistävät koko Suomessa11.2.2026 06:00:00 EET | Tiedote
Uusi tutkimus piirtää tarkan kuvan suomalaisista perheyrityksistä ja niiden omistajista. Sen perusteella perheyritykset ovat merkittävämpiä koko Suomen taloudelle kuin yleisesti ajatellaan – ja niiden vaikutus korostuu erityisesti pääkaupunkiseudun ulkopuolella.
Kaupunkiluonnosta mitattavaa: uudet luontotyypit ja kriteerit tukevat luontokadon torjuntaa10.2.2026 12:15:00 EET | Tiedote
Tuore raportti tuo käyttöön luontotyyppiluokituksen ja arviointikriteerit, joiden avulla rakennetun ympäristön luonto voidaan tehdä näkyväksi, mitattavaksi ja vertailtavaksi. Työkalut mahdollistavat ekologisen tilan arvioinnin sekä tukevat viherrakenteen kehittämistä ja luontokadon torjuntaa kaupungeissa.
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