Jyväskylän yliopisto

Väitös: Kvanttiteknologia lähtee aivot nyrjäyttävistä oivalluksista

Jaa

Jyväskylän yliopistossa valmistunut väitöstutkimus käsittelee valon ja aineen kvanttimekaanisen vuorovaikutuksen teoriaa ja sen mahdollistamia teknologioita. Jo nyt niin tiedonsiirto ja laskenta kuin sensoritkin perustuvat osin näihin ilmiöihin, mutta tulevaisuudessa erilaisten sovellusten määrä vain kasvaa.

Kalle Kansanen väittelee 2.9.2022 Jyväskylän yliopistossa.
Kalle Kansanen väittelee 2.9.2022 Jyväskylän yliopistossa.

FM Kalle Kansasen väitöstutkimus liittyy toiseen kvanttivallankumoukseen, jonka perusteita luodaan nyt.

Ensimmäinen kvanttivallankumous pohjautui aineen ominaisuuksien ymmärtämiseen. 1950-luvulta alkanut kehitys on tuonut ensin tietokoneet ja sittemmin älypuhelimet useimpiin suomalaiskoteihin mullistaen koko yhteiskunnan.

”Kvanttimekaniikan ytimessä on ajatus siitä, että aine käyttäytyy kuin aallot. 1900-luvun alkupuolella ajateltiin, että se on tärkeää lähinnä aineen pienimmille rakenneosille, atomeille ja niissä eleleville elektroneille. Viime vuosikymmenet ovat kuitenkin näyttäneet, että kvanttimekaniikalla ei ole kokorajaa”, Kansanen kertoo.

Kvanttimekaniikka on tehokasta mutta herkkää

Tällä hetkellä on käynnissä kilpajuoksu kohti toimivaa kvanttitietokonetta. Tällainen kone koostuu miljoonista ja taas miljoonista atomeista. Niiden jaettua aaltoluonnetta halutaan hyödyntää tavallisille tietokoneille vaikeiden ongelmien tehokkaaseen ratkaisuun. Puhutaan kvanttilaskennasta, jossa tieto on säilötty näihin aaltoihin.

Koossa on ongelmansa, sillä aineen aaltoluonne katoaa helposti. Aineen vuorovaikutukset lähiympäristöönsä hävittävät aalloissa olevan tiedon. Se on haaste kvanttitietokoneen rakentamisessa ja myös syy, miksei kvanttimekaniikka näy arjessa.

Teoriassakin on haastavaa kuvata kvanttimekaanisen aaltoluonteen katoamista. Se on edelleen tärkeä kysymys fysiikan perustutkimuksessa.

Kansasen väitöskirja luo ajankohtaisen katsauksen hybriditeknologioihin, jotka muodostuvat valon ja aineen vuorovaikutuksesta. Hänen tutkimuksensa keskittyy tällaisten kokonaisuuksien mallintamiseen.

Poikkitieteellinen tutkimus yhdistää fysiikan ja kemian

Osa Kansasen väitöskirjatutkimusta liittyy kemian kvanttiteknologiaan.

Tutkimus pureutuu siihen, voiko sähkömagneettisilla tyhjiökentillä muuttaa kemiaa.

Valon ajateltiin vielä 1900-luvun alkupuolelle asti kulkevan eetteri -nimisessä väliaineessa. Ajateltu eetteri ei kuitenkaan vastannut kokeita. Sen sijaan valo kulkee kaikkialla olevien sähkömagneettisten kenttien avulla. Kvanttimekaniikassa nämä kentät ovat olemassa ilman valoakin, jolloin puhutaan tyhjiökentistä. Ne vuorovaikuttavat aineen kanssa.

Useimmiten tämä vuorovaikutus on liian heikko aiheuttamaan havaittavia ilmiöitä. Sitä voidaan vahvistaa sulkemalla aine ja tyhjiökenttä metallin avulla pieneen alueeseen, ikään kuin hyvin pienen mikroaaltouunin sisään.

Ensimmäiset havainnot tyhjiökenttien vaikutuksesta kemiaan on saatu vuosikymmen sitten. Niitä ei edelleenkään ymmärretä.

''Se on pirullisen hankala ongelma, koska pitäisi ymmärtää valon ja aineen kvanttimekaniikkaa sekä kemiaa. Ja se on vasta lähtökohta”, Kansanen sanoo.

Huippututkimus syntyy yhdessä oivaltamisesta

Vielä vertaisarvioitavana olevassa artikkelissaan Kansanen ja hänen väitöskirjatyönsä ohjaaja, professori Tero Heikkilä näyttävät, että kemiallisen reaktion molekyylit vuorovaikuttavat toisiinsa tyhjiökentän välityksellä. Tämä voi aikaansaada sen, että molekyylit toimivat yhdessä. Näin voitaisiin teoriassa hidastaa tai jopa estää kemiallisen reaktion tapahtuminen.

''Kun tajusin sen, olin ällistynyt. Se vaati aivojen asettamista oikeaan asentoon, missä en olisi onnistunut ilman Teroa, mutta sitten kaikki vain loksahti paikoilleen,'' kertoo Kansanen työnsä synnystä ja jatkaa:

''Meidän työmme on tietysti vain pieni osa tätä tarinaa, mutta aikanaan se voi mullistaa ymmärryksemme kemiasta. Sellaisessa on mukava olla mukana.''

---

FM Kalle Kansasen väitöskirjan ’’Open hybrid quantum systems’’ julkinen tarkastustilaisuus on 2.9.2022 kello 12 Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksen salissa FYS1.

Vastaväittäjänä on professori Göran Johansson (Chalmersin teknillinen yliopisto) ja kustoksena professori Tero Heikkilä (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuuden kieli on englanti.

Väitöskirjatutkimus on tehty Jyväskylän yliopiston Nanotiedekeskuksessa. Sitä ovat tukeneet taloudellisesti sekä Magnus Ehrnroothin säätiö että Suomen Akatemia.

Kalle Kansanen valmistui ylioppilaaksi 2012 Kangasniemen lukiosta sekä 2018 filosofian maisteriksi Jyväskylän yliopistosta.

Lisätietoja: 

Kalle Kansanen, kalle.s.u.kansanen@student.jyu.fi

Avainsanat

Yhteyshenkilöt

Kuvat

Kalle Kansanen väittelee 2.9.2022 Jyväskylän yliopistossa.
Kalle Kansanen väittelee 2.9.2022 Jyväskylän yliopistossa.
Lataa

Linkit

Tietoja julkaisijasta

Jyväskylän yliopisto
PL 35
40014 Jyväskylä

http://www.jyu.fi

Jyväskylän keskustassa sijaitsevan yliopiston kauniilla puistokampuksella sykkii monitieteinen ja moderni tiedeyliopisto – ihmisläheinen ja dynaaminen yhteisö, jonka 2500 asiantuntijaa ja 15 000 opiskelijaa etsivät ja löytävät vastauksia huomisen kysymyksiin. Jyväskylän yliopisto on ollut tulevaisuuden palveluksessa jo vuodesta 1863, jolloin suomenkielinen opettajankoulutus sai alkunsa täältä. Voimanlähteenämme on moniarvoinen vuoropuhelu tutkimuksen, koulutuksen ja yhteiskunnan välillä. Vaalimme tutkimuksen ja koulutuksen tasapainoa sekä ajattelun avoimuutta – sytytämme taidon, tiedon ja intohimon elää viisaasti ihmiskunnan parhaaksi. www.jyu.fi

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 Jyväskylän yliopisto

Jyväskylän yliopistossa kehitetty ohjelmisto auttaa päätöksenteossa ja myös perustelee ratkaisuehdotuksensa26.9.2022 08:00:00 EEST | Tiedote

Monenlaiset algoritmit ohjaavat jokapäiväistä elämäämme yhä enemmän ja enemmän. Mutta mistä tiedämme algoritmien ohjaavan meitä oikeaan suuntaan? Jyväskylän yliopiston tutkijat kehittivät menetelmän, joka pystyy perustelemaan toimintaansa ihmiselle. Menetelmää voidaan soveltaa esimerkiksi terveydenhuollossa tai metsien hoidon suunnittelussa. Tulevaisuudessa pystymme entistä useammin käskemään algoritmeja perustelemaan toimintaansa.

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