Suomalais-ruotsalainen tutkijaryhmä on saanut kvanttitietokoneen toimintaa häiritsevät kvasihiukkaset häädettyä pois niin pitkäksi aikaa, että ne eivät estä suprajohtavien kubittien operaatioita.
Aalto-yliopiston, Lundin yliopiston ja VTT:n tutkijoiden saavutusta pidetään merkittävänä etappina matkalla kohti virheettömästi toimivia kvanttitietokoneita.
Kvanttikoneiden kvanttibittien eli kubittien piirit tehdään suprajohtavista materiaaleista, joissa ei ole lainkaan sähkövastusta. Kubittien suorituskyky kuitenkin heikkenee, jos suprajohteissa on Cooperin parien eli pariutuneiden elektronien lisäksi pariutumattomia elektroneja eli kvasihiukkasia.
Tutkijat saivat kokeessaan kvasihiukkaset katoamaan paljon pidemmäksi ajaksi kuin suprajohtavat kubitit tarvitsevat operaatioiden suorittamiseen.
Tutkijat havainnoivat reaaliaikaisesti pienellä alumiinisaarekkeella olevien kvasihiukkasten määrää yli sadan päivän ajan. Tietyt materiaalit ovat korkeassa lämpötilassa osin virittyneessä tilassa, ja jäähdyttäessä virittynyt tila purkaantuu, joten kokeessa laitetta vuoroin jäähdytettiin ja vuoroin lämmitettiin.
Varausilmaisimen avulla tutkijat näkivät, kuinka Cooperin parien hajoamisesta syntyvät parittomat elektronit tunneloituivat eli karkasivat yksi kerrallaan pois alumiinisaarekkeelta. Saareke oli sekunteja ilman ylimääräisiä elektroneja.
Tutkimuksen julkaisi tiedelehti Nature.
Edistää myös muiden laitteiden kehitystä
Tutkimustuloksia voidaan hyödyntää paitsi kvanttitietokoneiden myös muiden suprajohtavien laitteiden kehitystyössä.
Suprajohtavilla sähköpiireillä on sovelluksia muun muassa äärimmäisen herkkinä säteilynilmaisimina sekä metrologisissa eli mittateknisissä laitteissa.
”Kvasihiukkasista halutaan aina eroon. Tutkimus on siten olennainen askel ideaalisesti toimivien suprajohtavien laitteiden rakentamisessa”, sanoo Aalto-yliopiston professori Jukka Pekola tiedotteessa.
Tutkimus perustui Aallossa tehtyyn alumiinirakenteeseen, kokeeseen ja mittauksiin, joita kehittivät ja analysoivat myös Lundin yliopiston tutkijat.
Mittauksissa käytetyn äärimmäisen matalakohinaisen vahvistimen kehittivät Kvanttiteknologian huippuyksikkö QTF ja VTT.
(Kuva Aalto-yliopisto) Tutkijat saattoivat varausilmaisimen avulla tarkkailla reaaliajassa, miten parittomat elektronit tunneloituivat eli karkasivat yksi kerrallaan pois alumiinisaarekkeelta.
