EN

Mikromekaaninen värähtelijä yhdistää
kvantti-informaation ja -kommunikaation

14.02.2013

Aalto-yliopiston tutkijat O.V. Lounasmaa -laboratoriosta ja teknillisen fysiikan laitokselta ovat onnistuneet yhdistämään suprajohtavan kvanttibitin eli kubitin mikrometriluokan rumpukalvoon, ja siirtämään informaatiokvantin kubitista värähtelijään ja takaisin. Ryhmän tulokset julkaistiin tieteen arvostetuimmassa viikkolehdessä Naturessa. Laboratorio kuuluu Suomen Akatemian Matalien lämpötilojen kvantti-ilmiöiden ja -laitteiden huippuyksikköön.

"Työ on ensimmäinen askel kohti eksoottisten mekaanisten kvanttitilojen luomista. Siirron avulla pystytään esimerkiksi luomaan tila, jossa värähtelijä samanaikaisesti värähtelee ja ei värähtele, kertoo tutkimusryhmän vetäjä", teknillisen fysiikan laitoksen professori Mika Sillanpää.

Quantum_systems_framed.jpg

Kuva: Vasemmalla havainnollistava kuva kokeessa käytetystä mittausjärjestelystä. Kubitti (vihreä) on kytketty mikromekaaniseen värähtelijään ja kubitin tilaa mitataan suprajohtavan kaviteetin (sininen) avulla. Oikeanpuoleisessa kuvassa kubitin kvanttitila on siirretty mekaaniseksi värähdysliikkeeksi siten, että värähtelijä on kahdessa eri paikassa samanaikaisesti.

Kubitti on kvanttimekaaninen vastine tietokoneista tutuille biteille. Perinteinen bitti voi olla joko tilassa nolla tai yksi, kun taas kubitti voi olla molemmissa tiloissa samaan aikaan. Tämä arkijärjelle käsittämätön tilanne mahdollistaa teoriassa kvanttilaskennan, jossa laskuoperaatiot suoritetaan yhtä aikaa kaikille mahdollisille numeroille. Yhden kubitin tapauksessa tämä tarkoittaa numeroita nolla ja yksi, mutta kubittien määrän kasvaessa mahdollisten numeroiden ja samanaikaisten laskutoimitusten lukumäärä kasvaa eksponentiaalisesti.

Kubitin kvanttitila on hauras ja rikkoutuu helposti laskuoperaatioiden välissä ja niiden aikana. Kvanttilaskennan onnistumiseksi kubitin tila pitää pystyä suojaamaan ympäristön häiriöiltä.

"Kubitin tila pystytään näin tallettamaan värähdysliikkeeksi, jossa tila säilyy paljon kubittia pidempään. Värähtelijä toimii siis myös mekaanisena kvanttimuistina, johon tavallinen muisti ei pysty", selvittää aiheesta väitöskirjaa valmisteleva Juha Pirkkalainen.

hybrid_circuit_cavity_Juha_Juvonen_BIG_crop-1.jpg

Kuva:Luonteeltaan erilaiset kvanttimekaaniset systeemit voidaan nivoa sekamuotoiseksi systeemiksi, jolla on ominaisuuksia kaikista alkuperäisistä osista. Aalto-yliopiston tutkijat ovat nyt onnistuneet yhdistämään kolme hyvin erityyppistä kvanttisysteemiä. Matalataajuiseen mekaaniseen kaviteettiin (värähtelevä nuora) tallennettiin kvantti-informaatiota suprajohtavasta kvanttibitistä eli kubitista. Kubitin tila puolestaan mitattiin sähköisen mikroaaltokaviteetin avulla (havainnollistettu peileinä). Ideaa voidaan tulevaisuudessa käyttää osana kvantti-informaatiota käsitteleviä järjestelmiä.

Työssä yhdistyivät tämän vuoden molempien fysiikan Nobelistien saavutukset yhdessä laitteessa. Kubitin tila mitattiin suprajohtavan kaviteetin avulla samaan tapaan kuten Serge Haroche mittasi atomeja ja lisäksi kubitin tila oli kytkeytynyt mekaaniseen liikkeeseen kuten David Winelandin kokeissa. Näistä suuremman kokoluokan mittausjärjestelyistä poiketen, O. V. Lounasmaa –laboratoriossa koe toteutettiin pienelle piisirulle valmistettuna. Tämä mahdollisti näytteen jäähdyttämisen lähelle lämpötilan absoluuttista nollapistettä ja siten mikroaaltojen käytön.

Nature-lehdessä julkaistu tutkimus on tehty Aalto-yliopiston O.V. Lounasmaa laboratoriossa. Mittauksissa käytettiin osin Micronovan Nanofab puhdastiloissa valmistettua näytettä. Hankkeen ovat rahoittaneet Suomen Akatemia sekä Euroopan tiedeneuvosto ERC.

Linkki Naturessa julkaistuun artikkeliin: http://www.nature.com/nature/journal/v494/n7436/full/nature11821.html

Lisätietoja:

Professori Mika Sillanpää
mika.sillanpaa@aalto.fi
Teknillisen fysiikan laitos
Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu

Juha Pirkkalainen, tohtoriopiskelija
juha.pirkkalainen@aalto.fi
O.V. Lounasmaa –laboratorion
Kylmälaboratorion tutkimusyksikkö
Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu

O.V. Lounasmaa –laboratorion verkkosivuille: http://ltl.tkk.fi/wiki/LTL

Lähde: Aalto-yliopiston tiedote

Seuraa meitä:
FacebookSlideshareTwitterYoutube
VAIHDE 029 533 5000
KIRJAAMO 029 533 5049
FAKSI 029 533 5299
   
SÄHKÖPOSTI etunimi.sukunimi@aka.fi
AUKIOLO Arkisin 8.00-16.15
   
HENKILÖHAKU »
YHTEYSTIEDOT, LASKUTUS  JA
REKISTERISELOSTEET»
KYSYMYKSET JA PALAUTE »