Aalto-yliopiston professorin Mika A. Sillanpään uraa voi luonnehtia läpimurtosuoritusten sarjaksi. Sillanpää yhdisti ensimmäisenä maailmassa kaksi suprajohtavaa kubittia kvanttiväylän kautta kvanttisuperpositiotilaan. Hän on osoittanut, että kvanttilomittuminen voidaan saavuttaa makroskaalassa, ja samalla osoittanut, miten Heisenbergin epätarkkuusperiaate voidaan kiertää.
Viime aikoina Sillanpää on pyrkinyt osoittamaan kokeellisesti kvanttigravitaation, joka yhdistäisi kvanttimekaniikan ja Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian. Tällä olisi merkittäviä seurauksia, mutta tehtävässä onnistuminen on erittäin haastavaa.
Mutta ei Sillanpää ole aiemminkaan kaihtanut haasteita. Hän varoo hypeä kvanttiteknologioiden ympärillä ja sanoo, että uraauurtava perustutkimus on asetettava etusijalle.
"Vastaavasti kuin nanoteknologian kohdalla 2000-luvun alussa, kvanttiteknologioiden ja erityisesti -tietokoneiden ympärille liitetään populaarimediassa tiettyä sensaatiohakuisuutta", Sillanpää sanoo. “Meillä tulee olemaan hyödyllisiä kvanttitietokoneita. Meidän fyysikoiden seuraava merkittävä tehtävä perustutkimuksessa on onnistua yhdistämään kvanttimekaniikka ja yleinen suhteellisuusteoria.”
Sillanpää jatkaa tutkimustaan nyt uudella tittelillä. Heinäkuussa hänet nimitettiin professoriksi.
Ensiaskelia kohti kvanttigravitaatiota
Ohuen kalvon vastakkaisilla puolilla on kaksi pientä kultapalloa. Pallot ovat halkaisijaltaan vain 0,5 millimetriä ja painavat yhden milligramman. Näiden pallojen avulla saatetaan pystyä osoittamaan painovoima kvanttitasolla.
“Se on kokeellisesti hyvin hankalaa. Olisi hyödyllistä, jos meillä olisi laboratoriossa pari mustaa aukkoa. Niitä ei kuitenkaan ole vielä kaupan, joten meidän pitää työskennellä sen kanssa, mitä meillä on”, Sillanpää sanoo.
Painovoiman vaikutuksia on aiemmin onnistuttu mittaamaan palloilla, jotka olivat noin sata kertaa painavampia kuin Sillanpään ja tiimin käyttämät pallot. Eikä liikettä ohjannut kvanttimekaniikka, johon GUANTUM-projektissa keskitytään.
“Teoriassa sen pitäisi olla mahdollista. Uskon, että onnistumme viiden vuoden sisällä. Mutta nyt otamme ensiaskeleita osoittaaksemme todellisen kvanttigravitaation. Ehkä sitä ei kokonaisuudessaan onnistuta osoittamaan elinaikanani”, Sillanpää toteaa.
Sillanpää on saanut Euroopan tutkimusneuvostolta 2,5 miljoonan euron Advanced grant -apurahan tutkimustaan varten. Tutkimuksessa kultaiset pallot toimivat herkkinä värähtelijöinä kvanttimekaanisessa tilassa. Kyseessä on äärimmäisen suljettu systeemi, jossa voi esiintyä ilmiöitä, joita klassisessa fysiikassa ei ole nähty. Samalla Sillanpää pystyy tutkimusryhmänsä kanssa tarkkailemaan hyvin pieniä painovoiman vaikutuksia, jotka aiheuttavat kultapallojen vetovoiman toisiaan kohti.
Puhdastiloja ja superpakastimia
GUANTUM-projektin ohella Sillanpää johtaa Quantum Nanomechanics -tutkimusryhmää, joka on keskittynyt perustutkimuksen ohella kehittämään kvanttimekaanisia laitteita, joita voidaan käyttää laaja-alaisestikvanttiteknologian alalla.
Sillanpää aloitti fysiikan professuurinsa Aallossa vuonna 2012, joten hänelle on kertynyt käytännön kokemusta OtaNanon kasvavasta tutkimusinfrastruktuurista. Se on ensiarvoisen tärkeää, jotta hän ja hänen ryhmänsä voivat tehdä tarvittavat kokeet.
“Otananon laitteet ovat ehdottoman tärkeitä tutkimuksemme kannalta. Puhdastilat ja kryostaatit eli superpakastimet mahdollistavat meille erittäin tärkeän perustutkimuksen tekemisen”, Sillanpää sanoo.
Aalto-yliopiston ja VTT:n ylläpitämään OtaNanoon kuuluvat Low Temperature Laboratory (kylmälaboratorio), Micronova ja Nanomikroskopiakeskus. OtaNanon tutkimusinfrastruktuurissa on kattavat mikro- ja nanovalmistuslaitteistot puhdastiloissa, korkean resoluution kuvantamis- ja mittalaitteet sekä huippuluokan kokeelliset laitteistot, sisältäen erittäin alhaisten lämpötilojen tutkimusmahdollisuudet.
Tutkijat ratkovat sata vuotta vanhaa fysiikan arvoitusta pienten kultapallojen ja äärimmäisen matalien lämpötilojen avulla. Värähtelevien pallojen välisen erittäin heikon painovoiman havainnointi voi ratkaista mysteerin.
Physics World -lehti on valinnut Aalto-yliopiston professori Mika A. Sillanpään johtaman tutkimustiimin julkaiseman artikkelin vuoden tärkeimmäksi fysiikan alan tutkimusläpimurroksi. Physics World edustaa kansainvälistä fyysikkoseuraa, ja palkittujen tutkimustulosten tulee viedä tiedettä tai sen sovelluksia merkittävästi eteenpäin. Aikaisemmin palkinnon ovat saaneet muun muassa ensimmäinen kuva mustasta aukosta sekä havainto gravitaatioaalloista, joka sai sittemmin myös Nobelin palkinnon.
The NEMS group focuses on studies of micro- and nanomechanical resonators near the quantum ground state of moving objects.
