EN

Tutkijat pääsivät lähes kvanttirajalle nanorummun avulla

31.10.2016

Tutkijat ovat kehittäneet uuden tavan tehdä huipputarkkoja mikroaaltoalueen mittauksia Suomen Akatemian Matalien lämpötilojen kvantti-ilmiöiden ja komponenttien huippuyksikössä. Menetelmää voidaan käyttää kvantti-informaation käsittelyssä esimerkiksi muuntamalla tehokkaasti elektroniikan piireissä olevaa informaatiota valon kantamaksi.Huipputarkasta mikroaaltoalueen mittausmenetelmästä voi olla hyötyä esimerkiksi kvanttimekaniikkaan perustuvassa datan salauksessa.

Tärkeä kvanttiraja

Kun radion virittää kaukana radiomastosta, signaaliin tulee kohinaa. Kohina johtuu pääosin siitä, että sähkömagneettisen signaalin kantamaa informaatiota pitää vahvistaa, jotta se voidaan muuntaa kuultavaan muotoon. Kvanttimekaniikan lakien mukaan kaikki vahvistimet lisäävät kohinaa. 1980-luvun alussa yhdysvaltalainen fyysikko Carlton Caves osoitti teoreettisesti, että Heisenbergin epämääräisyysperiaate kyseisille signaaleille vaatii, että kohinaa on lisättävä vähintään puolen energiakvantin verran. Arkielämässä tällaisella kohinalla ei ole merkitystä, mutta tutkijat ympäri maailmaa ovat silti yrittäneet kehittää vahvistimia, jotka pääsisivät lähelle Cavesin rajaa.

”Vahvistinten kvanttiraja on olennainen kvantti-informaatiota käsiteltäessä, muun muassa kvanttilaskennassa ja kvanttimekaanisissa mittauksissa, koska lisätty kohina rajoittaa tarkasti mitattujen signaalien suuruutta”, toteaa Aalto-yliopiston professori Mika Sillanpää.

Kvanttibiteistä lentäviin kubitteihin

Tähän mennessä rajan lähelle on päässyt vain 1980-luvulta lähtien kehitelty suprajohtaviin liitoksiin perustuva vahvistin, jonka käyttö ei kuitenkaan ole ongelmatonta. Sillanpään johtamassa työssä Aallon ja Jyväskylän yliopiston tutkijat yhdistivät nanomekaanisen värähtelijän, ”nanorumpukalvon”, kahteen suprajohtavaan piiriin, eli kaviteettiin.

”Tuloksena oli maailman tarkin nanorummuilla tehty mikroaaltojen mittaus”, hehkuttaa mittauksen tehnyt Caspar Ockeloen-Korppi Aalto-yliopistosta.

Mikroaaltomittauksen lisäksi laitteella voidaan siirtää kvantti-informaatiota taajuudelta toiselle ja samalla vahvistaa sitä.

”Tällä tavoin voitaisiin siirtää informaatiota vaikkapa suprajohtavista kvanttibiteistä näkyvän valon alueen ’lentäviin kubitteihin’ ja takaisin”, maalailevat laitteen teorian luoneet Jyväskylän yliopiston professori Tero Heikkilä ja akatemiatutkija Francesco Massel. Menetelmästä voisi olla siten hyötyä esimerkiksi kvanttimekaniikkaan perustuvassa datan salauksessa eli kvanttikryptografiassa.

Tutkimukseen osallistuivat myös tutkijat Juha-Matti Pirkkalainen ja Erno Darmskägg Aalto-yliopistosta. Se julkaistiin fysiikan alan arvostetuimpiin kuuluvassa Physical Review X -julkaisussa 28. lokakuuta 2016. Tutkimusta rahoitti myös Euroopan tiedeneuvosto.

Lähde: Aalto-yliopisto

Lisätiedot:

Professori Mika Sillanpää, Aalto-yliopisto
p. 050 344 7330
mika.sillanpaa@aalto.fi

Professori Tero Heikkilä, Jyväskylän yliopisto
p. 040 805 4804
tero.t.heikkila@jyu.fi

Aalto_University_Micro_drum_photo_Mika_Sillanpaa_470.png

Mikrorummut mahdollistavat radiotaajuisten signaalien lähes kohinattoman mittaamisen. Rumpu on valmistettu suprajohtavasta alumiinikalvosta kvartsisirun (sininen tausta) päälle. Kuva: Mika Sillanpää

Viimeksi muokattu 31.10.2016
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 »