Aallon kvanttitutkijat näkevät katsomatta – jopa nobelistia paremmin

Aalto-yliopiston tutkijat ovat keksineet uuden tavan havaita ja mitata kohteita niin, etteivät he ole  vuorovaikutuksessa kohteiden kanssa.

Ihminen näkee ympäristönsä, kun esineistä kimpoava valo imeytyy silmän verkkokalvon soluihin. Kvanttimaailmassa näkeminen onnistuu myös silloin, kun valo ei ikinä kohtaa verkkokalvoa.

Koska valo on olemassa sekä fotoneina että valoaaltoina, kaksoisluonnetta hyödyntävässä tieteellisessä kokeessa kohteen havaitsemiseen riittää sen pelkkä läsnäolo. Mittaajan ei tarvitse nähdä kohdetta.

Ensimmäisenä vuorovaikutuksetonta havaitsemista tutki optiikan työvälineillä Anton Zeilinger, yksi vuoden 2022 fysiikan nobelisteista.

Aalto-yliopiston tutkijat Shruti Dogra, John J. McCord ja Gheorghe Sorin Paraoanu löysivät uuden, paljon tarkemman tavan mittauksiinsa: kolmikko havainnoi mikroaaltopulsseja optisten laitteiden sijaan transmoneilla, keinotekoisilla makroskooppisilla suprajohtimilla.

Ylimääräinen kerros kvanttia

Aallon tutkijakolmikon piti ensin muuntaa Zeilingerin konsepti omille kvanttityökaluilleen sopivaksi.

”Siksi jouduimme myös muuttamaan koeprotokollaa radikaalisti: lisäsimme siihen ylimääräisen kerroksen ”kvanttia” käyttämällä transmoneja niiden korkeimmalla energiatasolla. Onnistumisen avain oli transmonin kvanttikoherenssin hyödyntäminen mittaamisessa”, Paraoanu kuvailee tiedotteessa.

Kvanttikoherenssi viittaa kvanttimaailman ilmiöön, jossa kohde voi olla samanaikaisesti kahdessa eri tilassa.

Pelkkä mikroaaltojen olemassaolo muutti transmonien energiatasoa. Mikroaallot siis havaittiin tarkastelemalla transmonien kvanttikoherenssiin perustuvaa muutosta. Havaitsemistarkkuus oli huomattavasti parempi kuin optiikkaan perustuvassa menetelmässä.

”Osoitimme myös, että menetelmällämme voi havaita myös erittäin heikkoja mikroaaltopulsseja”, Dogra kertoo.

Kokeessa löytyi myös uusi tapa saavuttaa niin sanottu kvanttietu eli tilanne, jossa kvanttifysiikkaan perustuva laite pystyy ratkaisemaan ongelman paremmin kuin klassisen fysiikan laite.

Kvanttifysiikan ja klassisen fysiikan rajapinnassa toteutetun tutkimuksen tulokset julkaisi Nature Communications.

Tietokone laskee, vaikka sitä ei ole käynnistetty

Vuorovaikutuksettomia mittauksia tehdään jo monilla kvanttiteknologian osa-alueilla. Ne kuitenkin perustuvat optiseen menetelmään. Aallon tutkijoiden uusi tekniikka voisi tehostaa mittauksia huomattavasti.

”Kvanttitietokoneissa menetelmäämme voisi käyttää esimerkiksi fotonien tilojen havaitsemiseen koneiden muistissa. Se olisi erittäin tehokas tapa saada tietoa kvanttiprosessorista häiritsemättä sen toimintaa”, Paraoanu sanoo.

Paraoanun johtama tutkimusryhmä aikoo tutkia menetelmällään muun muassa kontrafaktuaalista kommunikaatiota eli viestien lähettämistä kahden osapuolen välillä ilman fyysisten hiukkasten siirtoa.

Lisäksi he aikovat soveltaa sitä kontrafaktuaaliseen kvanttilaskentaan, jossa laskutoimituksen tulos saadaan käynnistämättä tietokonetta.

(Kuva Mikko Raskinen/Aalto-yliopisto) Aallon tutkijoiden keksimän menetelmän havaitsemistarkkuus oli huomattavasti parempi kuin optiikkaan perustuvassa menetelmässä.


Tilaa Kemiamedian uutiskirje!

Tilaajana saat sähköpostiisi kerran viikossa kiinnostavimmat uutiset ja tärkeimmät tiedot alan tapahtumista ja työpaikoista.

Arvomme uusien uutiskirjetilaajien kesken yhden yön kylpyläloman kahdelle.

Lue lisää ja tee tilaus täällä.


P.S. Oletko kemian seurojen jäsen? Jos haluat uutiskirjeemme myös vuonna 2023, käy uusimassa tilauksesi täällä.

Kerro meille mielipiteesi!

 

Nimi(Pakollinen)
Hidden
Mitä mieltä olit artikkelista? Lähetä meille palautetta.
Kenttä on validointitarkoituksiin ja tulee jättää koskemattomaksi.

Lisää uutisia