Uusi menetelmä äärimmäisen pienten energiamäärien mittaamiseen voi tehostaa esimerkiksi kvanttitietokoneita ja pimeän aineen metsästystä.
Suomalaiset tutkijat ovat ensi kertaa onnistuneet mittaamaan alle tseptojoulen suuruisen energiamäärän.
Tempun mahdollistanut sensori on lähes absoluuttisen nollapisteen lämpötilassa toimiva kalorimetri.
Tseptojoule eli joulen triljoonas-miljardisosa on energiamäärä, jolla yksi veren punasolu voi liikahtaa nanometrin eli metrin miljardisosan verran.
Aalto-yliopiston akatemiaprofessorin Mikko Möttösen johtamaan tutkimukseen osallistuivat myös VTT ja kvanttilaskentayritys IQM. Tutkimuksen julkaisi Nature Electronics.
Uusi tarkkuuden taso
Signaalia mitatessaan tutkijat lähettivät mikroaaltopulssin sensoriin, jonka he olivat rakentaneet kahdesta eri metallista: suprajohtimesta, jossa sähkövirta kulkee esteettä, ja tavallisesta johtimesta, jossa se kohtaa vastuksen.
”Tämän koeasetelman tarkkuus perustuu juuri metallien yhdistelmälle, joka tekee suprajohtavuudesta niin herkän ilmiön, että se heikkenee heti, jos lämpötila erittäin kylmässä johtimessa kohoaa yhtään”, Möttönen kertoo.
Kun tutkijat kävivät läpi saamansa datan, löytyi lopullinen lukema, joka oli 0,83 tseptojoulea. Kyseessä on tarkin kalorimetrinen mittaustulos maailmassa. Tutkimus raivaa tietä yksittäisten fotonien laskemiselle.
Käyttöä kvanttikoneissa ja astrofysiikassa
Suomalaisten saavuttamaa mittaustarkkuutta on haviteltu pitkään niin kvanttiteknologiassa kuin esimerkiksi astrofysiikassa.
Ryhmä pyrkii edelleen parantamaan saavutustaan. Tutkijoiden kalorimetri voidaan integroida eri laitteistoihin.
Kalorimetrit toimivat samassa muutamien millikelvinien lämpötilassa kuin kvanttitietokoneiden kubitit, joiden lukemiseen niitä voitaisiin tulevaisuudessa käyttää.
Möttösen mukaan tavoitteena on myös laitteisto, joka kykenee havaitsemaan sellaisiakin signaaleja, joiden saapumisaikaa ei tiedetä.
”Se on tärkeää esimerkiksi pimeän aineen aksionien etsimiseen avaruudesta, sillä niistä ei voi tietää, milloin ne saattavat ilmestyä.”
Tilaa Kemiamedian uutiskirje!
Tilaajana saat sähköpostiisi kerran viikossa kiinnostavimmat uutiset ja tiedot alan tapahtumista ja työpaikoista. Osallistut samalla arvontaan!
