EMBARGO 20.1.2022 klo 07:00 Mullistava valonlähde voi tuoda lisätehoa ja -turvaa kvantti-informaation siirtämiseen
Lomittuminen on kvanttimekaniikan keskeisin ilmiö, jonka ansiosta kaksi valohiukkasta eli fotonia voi olla yhteydessä toisiinsa – välimatkasta riippumatta. Tähän ominaisuuteen perustuu myös kvanttiteknologioiden valtava teho. Kvanttitietokoneiden, -sensorien ja -kryptografian kehitys vaatii kuitenkin uusia, tehokkaampia fotoniparien lähteitä.
Nyt Aalto-yliopistossa aletaan rakentaa vallankumouksellista fotoniparien kvanttilomittumiseen perustuvaa LED-valonlähdettä professori Pertti Hakosen johdolla. Tutkimusryhmä on saanut työhön Jane ja Aatos Erkon säätiöltä ja Teknologiateollisuuden 100-vuotissäätiöltä kolmivuotisen Tulevaisuuden tekijät -ohjelman rahoituksen.
”Aikaisemmin lomittuneita fotoneja on tuotettu epälineaarisilla kiteillä, mikä on hyvin kömpelöä ja aika lailla tehotonta: ulos saadaan muutama lomittunut kvanttipari satunnaisesti ja huonolla hyötysuhteella”, Hakonen kertoo.
Nyt käynnistyvässä hankkeessa tutkijat kehittävät lomittuneille fotoneille tehokkaan, kompaktin, kirkkaan ja kontrolloitavan lähteen. Se perustuu moderniin materiaalitekniikkaan, jossa yhden atomitason paksuisia kerroksia voidaan liittää toisiinsa räätälöidysti kerros kerrokselta. Kerrokset voivat olla erimerkiksi grafeenia, nitridiä tai sulfidia.
”Juuri tämä räätälöity kerrosrakenne mahdollistaa sen, että elektronien tunneloituminen eli niiden ajaminen materiaalin läpi tuottaa lomittuneen valon”, Hakonen kertoo.
Kohti kvantti-internetiä
Lomittunut fotonigeneraattori pystyttäisiin helposti integroimaan myös kvanttitietokoneiden jäähdyttämiseen tarvittaviin kryostaatteihin. Tämä mahdollistaisi nopean kvanttikommunikaation erillisten, kaukanakin toisistaan olevien kvanttiprosessorien välillä. Toisiinsa kytketyt yksittäiset kvanttitietokoneet voivat muodostaa kvantti-internetin, jonka välityksellä voidaan tulevaisuudessa suorittaa myös hajautettua kvanttilaskentaa.
”Hajautetun kvanttilaskennan ansiosta suuret kvanttiprosessorit voidaan muodostaa rakenteeltaan yksinkertaisista kvanttitietokoneista, mikä vähentää operoinnin haasteita”, Hakonen kertoo.
Tehokkaita lomittumisgeneraattoreita tarvitaan myös nopeasti kehittyvässä kvanttikryptografiassa eli tiedon salauksessa. Lomittuneisiin fotoneihin perustuvat salausavaimet mahdollistaisivat äärimmäisen turvallisen tiedonsiirron.
”Mikä tahansa salakuunteluyritys rikkoo lomittumisen, jolloin salakuuntelu ei ole mahdollista ja viestiin jää myös jälki, joka on helppo havaita.”
Professori Zhipei Sun ryhmineen osallistuu näytteiden valmistustekniikoiden ja laitteen tuottamien lomittuneiden fotonien luokittelun kehittämiseen. Hakosella ja Sunilla on yhteinen laitteisto, joilla voi pinota erittäin ohuita ja reaktioherkkiä kerrosrakenteita. Myös Aallossa kesään 2022 saakka vierailulla olevalla Oregonin yliopiston professori Ethan D. Minotilla on hankkeessa keskeinen rooli. Kryostaattien osalta hankkeen yrityskumppanina on Aallon spinoff-yritys Bluefors.
Hankkeen ohjausryhmässä on mukana muun muassa infrapunakameroihin keskittyvän Emberion-yrityksen teknologiajohtaja Tapani Ryhänen. Hollantilaisen Single Quantum -yrityksen tutkimuksesta vastaava johtaja Val Zwiller ja sveitsiläisen Terra Quantum -yrityksen teknologiakehityksestä vastaava professori Gordey Lesovik ovat myös hankkeessa yhteistyökumppaneina.
Tutkimushanke tukee Fotoniikan tutkimuksen ja innovaatioiden lippulaivaa (PREIN), joka on yksi Suomen Akatemian rahoittamista osaamiskeskittymistä. Tutkijat ovat osa kansallista huippuyksikköä Quantum Technology Finland (QTF) ja kansallista kvantti-instituuttia (InstituteQ). Kokeissa hyödynnetään kansallista OtaNano-tutkimusinfrastruktuuria. Hankkeessa hyödynnetään erityisesti uutta Blueforsin kryostaattia, joka hankittiin Aaltoon Suomen Akatemian tutkimusinfrastruktuureille suunnatulla FIRI-rahoituksella vuoden 2021 lopulla.
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Pertti Hakonen
Professori
Aalto-yliopisto
pertti.hakonen@aalto.fi
puh. 050 344 2316
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
Tutkijat kytkivät lähes ikiliikkuvan aikakiteen ensimmäistä kertaa ulkoiseen värähtelijään – voi kasvattaa kvanttitietokoneiden laskentatehoa16.10.2025 12:00:00 EEST | Tiedote
Aikakide on moninkertaisesti pitkäikäisempi kuin muut kvanttijärjestelmät, joten sitä voitaisiin hyödyntää esimerkiksi kvanttitietokoneiden laskentatehon sekä mittauslaitteistojen tarkkuuden kasvattamiseen.
Hiilipohjaiset radikaalit ovat tulevaisuuden aurinkokennoteknologiaa14.10.2025 08:10:00 EEST | Tiedote
Kansainvälisen tutkimusryhmän löydös on merkittävä askel kohti kevyitä, joustavia ja energiatehokkaita aurinkokennoja.
Aalto-yliopiston tutkijat YK:n COP30-ilmastokokouksessa9.10.2025 10:45:00 EEST | Tiedote
Tarvitsetko asiantuntijahaastateltavaa ilmastoon liittyvistä teemoista? Aalto-yliopiston tutkijoiden ja professorien asiantuntemus on käytettävissä ennen YK:n ilmastokokousta ja sen aikana. Tutkijoitamme osallistuu myös kokoukseen Brasiliassa. Energiamurros Mika Järvinen (professori) taitaa energiamurroksen ison kuvan: minkä pitää muuttua ja miten. Hän keskittyy tutkimuksessaan hiilidioksidin talteenottoon, vedyn tuotantoon eri menetelmillä, sekä kestävien polttoaineiden valmistukseen. Opetuksessaan Järvinen keskittyy muun muassa uusiutuvan energian tuottamiseen tuuli- ja aurinkovoimalla. Järvinen on myös juuri julkaissut aiheesta laajan suosion saaneen oppikirjan, ja osaa esittää monimutkaiset asiat ymmärrettävästi. Järvinen on paikalla ilmastokokouksessa Brasiliassa 10.–16.11. Hänet tavoittaa numerosta +358 40 754 2171 ja sähköpostista mika.jarvinen@aalto.fi Rakentamisen tulevaisuus Matti Kuittinen (professori) tutkii kestävää rakentamista. Hänen johtamansa tutkimusryhmä tutkii sitä,
Endurance ei ollutkaan aikansa vahvin laiva ja sen puutteet olivat tiedossa – tutkimusmatkailija Shackletonin aluksen uppoamisesta paljastui uutta tietoa6.10.2025 13:00:00 EEST | Tiedote
Uusi tutkimus osoittaa, että tutkimusmatkailija Ernest Shackletonin kuuluisa Endurance-alus ei ollut rakenteellisesti riittävän kestävä ahtojäiden puristukseen. Shackleton myös tiesi aluksen puutteista ennen huonosti päättynyttä matkaansa Etelämantereelle.
The real reasons Endurance sank — study finds Shackleton knew of ship’s shortcomings6.10.2025 13:00:00 EEST | Press release
A world-first study reveals the famed polar explorer was aware of worrying structural shortcomings in the ill-fated ship — Endurance was not designed for compressive ice conditions — yet it set sail anyway.
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