Uusi kvantti-ilmaisin mittaa äärimmäisen pieniä energiamuutoksia
Kvantti-ilmaisimella voidaan tutkia esimerkiksi kvanttitietokoneiden kubittien vuorovaikutusta ympäröivän maailman kanssa.
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 julkaistiin Nature Communicationsissa 17. tammikuuta 2020, ja koko artikkelin voi lukea täällä.
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Professori Jukka Pekola
puh. 050 344 2697
jukka.pekola@aalto.fi
Tohtorikoulutettava Bayan Karimi
bayan.karimi@aalto.fi
Kuvat
Linkit
Tietoja julkaisijasta
Aalto-yliopisto. Kohti parempaa maailmaa. Aalto-yliopisto on rohkeiden ajattelijoiden yhteisö, jossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Tunnistamme ja ratkaisemme yhteiskunnan suuria haasteita ja rakennamme innovatiivista tulevaisuutta. Yliopistossa on kuusi korkeakoulua, 12 000 opiskelijaa ja 400 professoria. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat mediatiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Aalto-yliopisto
Uusi, kasvipohjainen liima kestää jopa 90 kilogramman painon24.2.2020 10:51:23 EET | Tiedote
Tutkijat kehittivät myrkyttömän liiman vedestä ja nanokiteisestä selluloosasta. Nanoselluloosaa voidaan valmistaa esimerkiksi puusta, maatalousjätteestä tai kierrätyspaperista.
Uusi menetelmä tappaa hampaista haitalliset bakteerit – hyötyjiä erityisesti syöpäpotilaat ja diabeetikot13.2.2020 09:49:38 EET | Tiedote
Suomalaistutkijoiden kehittämä turvallinen menetelmä perustuu kaksoisvalohoitoon. Menetelmä ei häiritse suun normaalia bakteeriflooraa eikä aiheuta resistenssiä.
Kitaravahvistinta matkiva tekoäly sai kuulijat lankaan11.2.2020 14:55:37 EET | Tiedote
Tutkijat mallinsivat sähkökitaran vahvistimen ääntä neuroverkon avulla niin hyvin, etteivät kuulijat erottaneet tietokoneen luomaa ääntä aidosta.
Kiertotalouden yhteislaboratorio avautui Espoon Otaniemessä10.2.2020 13:35:22 EET | Tiedote
Geologian tutkimuskeskus GTK, VTT ja Aalto-yliopisto kehittävät Circular Raw Materials Hubissa ratkaisuja hiilineutraalin ja resurssitehokkaan yhteiskunnan tarpeisiin yhdessä teollisuuden kanssa.
Muistutus mediatilaisuudesta! Tervetuloa tutustumaan uuteen kiertotalouden yhteislaboratorioon 10. helmikuuta5.2.2020 11:10:20 EET | Tiedote
Miltä näyttää kiven sisällä? Miten teollisuuden sivuvirrat saadaan käyttöön ja miksi akut ovat Suomelle suuri mahdollisuus? Tervetuloa kuulemaan ja näkemään, mitä epäorgaanisten materiaalien ja metallien tutkimuksessa juuri nyt tapahtuu!
Tutkijat yhdistivät nanoputkikerrokset täysin uudenlaiseksi materiaaliksi31.1.2020 12:30:59 EET | Tiedote
Kerrosrakenteen ytimessä käytettiin yhden atomikerroksen paksuisia hiilen nanoputkia. Uudesta materiaalista voidaan tehdä esimerkiksi aiempaa kevyempiä ja nopeampia transistoreja tietokoneisiin ja puhelimiin.
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