Lämpösähköisellä ilmiöllä voidaan tuottaa elektroniparien kvanttilomittuminen toisistaan etäällä olevissa metalleissa, kun metallit ovat kosketuksissa suprajohtavaan rakenteeseen.
Asian osoitti kansainvälinen ryhmä, jonka tutkimustulokset julkaisi Nature Communications.
Tulokset merkitsevät askelta kohti entistä tehokkaampia kvanttitietokoneita.
Helpon, hallittavan kvanttilomittumisen avulla erilliset kvanttijärjestelmät saadaan vuorovaikuttamaan keskenään. Tämä lisää laskentakapasiteettia eksponentiaalisesti liki rajattomaksi.
Kvanttilomittuminen mahdollistaa muun muassa kvanttisalauksen eli erittäin turvallisen tiedonsiirron, vaikka maantieteellinen etäisyys olisi suuri.
”Kvanttilomittuminen on uusien kvanttiteknologioiden kulmakivi”, sanoo professori Pertti Hakonen, joka johti tutkimukseen osallistunutta Aalto-yliopiston tiimiä.
Suomalaisten lisäksi hankkeessa oli mukana venäläisiä, kiinalaisia ja yhdysvaltalaisia tutkijoita.
Grafeenia ja piidioksidia päällekkäin
Tutkijat suunnittelivat kokeessa laitteen, jossa lomittuminen luotiin kerrostamalla grafeeni- ja suprajohde-elektrodeja.
Suprajohtavuus eli sähkövastuksen katoaminen aiheutuu lomittuneista elektronipareista, jotka ovat sidoksissa toisiinsa ja vetävät toisiaan puoleensa.
”Lämpötilaeron avulla voimme saada parit hajoamaan, jolloin erotetut elektronit siirtyvät grafeenin kautta eri metallielektrodeihin”, kuvailee Aalto-yliopiston tohtorikoulutettava Nikita Kirsanov.
”Elektronit pysyvät kuitenkin keskenään lomittuneina. Tällöin ne eivät ole täysin erillisiä, ja esimerkiksi niiden mittaukset antavat yhdenmukaisen tuloksen.”
Kun pari on saatu jakautumaan, kyetään tuottamaan korreloituja, täysin samanlaisia sähkösignaaleja suprajohtavissa rakenteissa.
Tutkimuksessa hyödynnettiin kansallista OtaNano-tutkimusinfrastruktuuria, joka tarjoaa korkeatasoisen kokeellisen ympäristön ja laitteistot nanotieteiden ja kvanttiteknologioiden tutkimukseen.
OtaNanon operoinnista vastaavat Aalto-yliopisto ja VTT.
(Kuva: Kylmälaboratorio, Aalto-yliopisto) Elektronimikroskooppikuva näytteestä. Vihreät kerrokset kuvaavat grafeenia, joka on harmaan piidioksidin päällä. Lomittuneiden elektronien tuottamiseen käytetään keskellä olevaa, heikosti grafeeniin kytkettyä elektrodia.
