Uutiset

Askel kohti lähes rajatonta laskentatehoa – tutkijat loivat kvanttilomittumista lämmön avulla

Julkaistu:
Helppo ja hallittava kvanttilomittuminen lisää kokonaislaskentakapasiteettia ja mahdollistaa muun muassa kvanttisalauksen eli turvallisen tiedonsiirron suurillakin etäisyyksillä.
An electron microscope image of the device used to extract entangled electrons
Elektronimikroskooppikuva näytteestä, jossa vihreät kerrokset kuvaavat grafeenia, joka on harmaana kuvatun piidioksidin päällä. Keskellä olevaa, heikosti grafeeniin kytkettyä elektrodia käytetään lomittuneiden elektronien tuottamiseen. Kuva: Aalto.

Suomalaiset, venäläiset, kiinalaiset ja yhdysvaltalaiset fyysikot ovat yhdessä osoittaneet, että lämpösähköisellä ilmiöllä voidaan tuottaa elektroniparien kvanttilomittuminen toisistaan etäällä olevissa metalleissa, kun metallit ovat kosketuksissa suprajohtavaan rakenteeseen.

"Kvanttilomittuminen on uusien kvanttiteknologioiden kulmakivi. Jo Albert Einstein pohti kvanttilomittumisen aikaansaamaa haamuvuorovaikutusta, jossa hiukkaset vaikuttavat toisiinsa etäisyyksien päästä ilman suoraa vuorovaikutusta toistensa kanssa", sanoo Aalto-yliopiston tutkimustiimiä vetävä professori Pertti Hakonen.

Nature Communications -lehdessä julkaistu tutkimustulos on askel kohti tehokkaita kvanttilaitesovelluksia, kuten entistä tehokkaampia kvanttitietokoneita. Helpon ja hallittavan kvanttilomittumisen  avulla erilliset kvanttijärjestelmät saadaan vuorovaikuttamaan keskenään, mikä lisää kokonaislaskentakapasiteettia ekspontentiaalisesti.  Tutkijoiden kehittämästä kokeellisesta menetelmästä voi olla apua myös kvanttitermodynaamisten kokeiden tekemisessä.

Tutkijat suunnittelivat kokeessa laitteen, jossa lomittuminen luotiin kerrostamalla grafeeni- ja suprajohde-elektrodeja. Suprajohtavuus eli sähkövastuksen katoaminen aiheutuu lomittuneista elektronipareista, joita kutsutaan Cooperin pareiksi ja jotka ovat sidoksissa toisiinsa sekä vetävät toisiaan puoleensa.

"Lämpötilaeron avulla voimme saada parit hajoamaan, jolloin erotetut elektronit siirtyvät grafeenin kautta eri metallielektrodeihin. Elektronit pysyvät kuitenkin keskenään lomittuneina, vaikka ne ovat melko etäällä toisistaan. Tällöin ne eivät ole täysin erillisiä ja esimerkiksi niitä koskevat mittaustulokset antavat ekvivalentin eli yhdenmukaisen tuloksen", kertoo tohtorikoulutettava Nikita Kirsanov Aalto-yliopistosta.

Tutkimuksella on suuri merkitys paitsi perustutkimuksen, myös käytännön sovellusten tasolla. Koe osoittaa, että lämpötilaeron avulla Cooperin pari saadaan jakautumaan ja näin tuotettua korreloituja, täysin samanlaisia sähkösignaaleja suprajohtavissa rakenteissa.

"Lomittumista voidaan käyttää myös kvanttisalauksessa eli -kryptografiassa, mikä mahdollistaa erittäin turvallisen tiedonsiirron suurillakin maantieteellisillä etäisyyksillä", kertoo professori Gordey Lesovik Moskovan fysiikan ja tekniikan instituutista. Hän on toiminut useita kertoja vierailevana professorina Aalto-yliopistossa.

Tutkimuksessa hyödynnettiin kansallista OtaNano-tutkimusinfrastruktuuria, joka tarjoaa korkeatasoisen kokeellisen ympäristön ja laitteistot nanotieteiten ja -teknologioiden, sekä kvanttiteknologioiden tutkimukseen. OtaNanon operoinnista vastaavat Aalto-yliopisto ja Teknologian tutkimuskeskus VTT. Infrastruktuuri on sekä akateemisten että kaupallisten käyttäjien hyödynnettävissä kansainvälisesti. Lue lisää OtaNanosta ja Kylmälaboratoriosta englanninkieliseltä sivustolta.

Lisätietoa:

Artikkeli: Thermoelectric current in a graphene Cooper pair splitter http://dx.doi.org/10.1038/s41467-020-20476-7

Pertti Hakonen
Professori
Aalto-yliopisto
[email protected]
puh. 050 344 2316

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:

Lue lisää uutisia

Radiokatu20_purkutyömaa_Pasila_Laura_Berger
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Modernin arkkitehtuurin tutkimukseen merkittävä apuraha Koneen säätiöltä – Laura Bergerin hanke rinnastaa rakennuskadon luontokatoon

Aalto-yliopiston postdoc-tutkija Laura Berger ja hänen työryhmänsä ovat saaneet Koneen säätiön 541 400 euron apurahan hankkeen tutkimiseen, joka tarkastelee rakennuskadon vaikutuksia yhteiskunnalle ja ympäristölle.
Matti Rossi vastaanotti palkinnon
Palkinnot ja tunnustukset Julkaistu:

Professori Matti Rossille tiimeineen arvostettu AIS Impact Award 2024

Tiimi voitti palkinnon teknologisesta ja yrittäjyyteen liittyvästä vaikuttavuudesta
An artistic rendering of two chips on a circuit board, one is blue and the other is orange and light is emitting from their surf
Mediatiedotteet Julkaistu:

Tutkijoiden tavoitteena on korjata kvanttivirheet huoneenlämmön sijaan superkylmässä lämpötilassa

Kvanttitietokoneiden kehityksessä yksi suurimmista haasteista on se, että kvanttibitit eli kubitit ovat liian epätarkkoja. Tarvitaan siis tehokkaampaa kvanttivirheen korjausta, jotta kvanttitietokoneita voidaan tulevaisuudessa ottaa laajemmin käyttöön. Professori Mikko Möttösellä on kvanttikorjaukseen uudenlainen ratkaisuehdotus, ja sen kehittämiseksi hän on saanut kolmevuotisen apurahan Jane ja Aatos Erkon säätiöltä.
Three happy students. Photo: Unto Rautio
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Siemenrahoitusta Aallon, KU Leuvenin ja Helsingin yliopiston tutkimusyhteistyön vahvistamiseen

Rahoitetut hankkeet tukevat yliopistojen strategisen kumppanuuden tavoitetta edistää vaikuttavaa ja monitieteistä yhteistyötä.