Professori Sorin Paraoanun laitteet ovat vuosien saatossa monimutkaistuneet. Kymmenvuotiaana Paraoanu sorvasi analogisia radioita, vahvistimia ja muuta elektroniikkaa yrittäessään selvittää miten jokainen yksittäinen komponentti toimii.
Nyt hän suunnittelee kvanttisensoreita jättimäiseen haloskooppi, joka rakennetaan syvälle maan alle Espanjan ja Ranskan rajoille. Haloskoopin yksi tarkoitus on löytää todisteita aksioneista—hiukkasista, joiden arvellaan olevan pimeän aineen rakennuspalikoita.
Heinäkuussa Aalto-yliopiston kokeellisen kvanttifysiikan professoriksi nimitetylle Paraoanulle transistoriradiot ja kvanttisensorit eivät juurikaan poikkea toisistaan: hänen tehtävänsä on vain saada ne toimimaan. Hänen alallaan se vain sattuu tarkoittamaan myös universumin syvimpien salaisuuksien valottamista.
Professori Paraoanun ainutlaatuinen ja tuottelias tieteellinen mieli sai alkusysäyksensä lapsuudessa.
“Lapsena rakentelin yksinkertaisia analogilaitteita kuten radioita ja vahvistimia, koska halusin tietää miten ne toimivat. Se vei minut matemaattiseen lukioon ja lopulta opiskelemaan fysiikkaa”, Paraoanu sanoo.
Paraoanun mukaan hänen ohjaajansa Bukarestin yliopistolla tutustutti hänet kvanttimaailmaan.
”Professori Horia Scutaru ohjasi kandintyöni, jonka aiheena oli avoimet kvanttijärjestelmät. Se oli 1990-luvun alussa vielä pienen piirin juttu, mutta nyt se kuuluu kvanttifysiikan perusopintoihin.”
“Työskentelin Bukarestissa jonkun aikaa ja valmistuin tohtoriksi Yhdysvalloissa. Tohtorintyöni aiheena oli ultrakylmät atomit, joiden parissa työskentelin vuoden 2003 fysiikan Nobel-voittaja Sir Anthony J. Leggettin kanssa. Sitten pääsin töihin professori Jukka Pekolan ryhmään Jyväskylään 2000-luvun alussa.”
Siellä ollessaan Paraoanu sai rahoitusta sekä Marie Curie -säätiöltä ja Suomen akatemialta. Vuonna 2008 hän suuntasi Otaniemeen, silloiseen Tekniseen korkeakouluun.
Otaniemen kampuksella sijaitsi kuuluisa Kylmälaboratorio, joka kuuluu nykyään OtaNanon kansalliseen nano-, mikro-, ja kvanttiteknologian tutkimusinfrastruktuuriin. Kylmälabrassa Paraoanu tunsi olonsa kotoisaksi.
“Tällä alalla on välttämätöntä, että meillä on paljon laadukasta tutkimusinfraa: puhdashuoneita, jäähdytyslaitteita ja niin edelleen. Lisäksi kollegoiden täytyy olla alan asiantuntijoita. Kylmälaboratoriosta löytyi tämä kaikki, joten paikka sopi minulle täydellisesti.”
Lopulta Kylmälaboratorio yhdistyi Aallon Teknillisen fysiikan laitoksen kanssa, ja Paraoanusta tuli vanhempi yliopiston lehtori. Hän on tuona aikana nähnyt kokeellisen kvanttifysiikan tutkimuksen kehittyvän entistä enemmän kvantti-informaation ja kvanttisovellusten suuntaan.
“Kondensoituneen aineen tutkimus oli suosituin aihe, kun aloitin, siinä missä kvantti-informaatio ei kiinnostanut juuri ketään. Tämä on muuttunut radikaalisti viimeisen kymmenen vuoden aikana, kun ihmiset tajusivat, ettei kvantti-informaatio ole vain perustiedettä, vaan se voi johtaa myös käyttökelpoisiin teknologioihin. Ja tässä sitä ollaan: kvanttitietokoneet, -sensorit, -viestintä ja -simulaatio ovat kohta arkea.”
Uransa aikana Paraonua on usein kiehtonut eniten kaikkein epäintuitiivisimmat ja vähälle huomiolle jääneet tutkimuskysymykset. Vai kuinka ilmiselvältä kuulostaa esimerkiksi kvanttiobjekti havaitseminen katsomatta niitä, näkymättömyysviittojen alle piilotettujen kvanttipiirien käsittely tai värien erottaminen täydellisestä pimeydestä?
“Minulle mielekkäintä on löytää joku vähälle huomiolle jäänyt idea ja kokeilla saako sitä testattua. Tällaisia ovat esimerkiksi vuorovaikutuksesta vapaa havaitseminen, dynaaminen Kasimir-efekti ja superadiabaattiset tilanmuutokset. En koskaan tiedä etukäteen toimivatko ne, mutta jos käy tuuri, niin sitten löydän jotain mitä kukaan muu ei ole aiemmin tajunnut etsiä.”
Löydettävää riittää, sillä tiede ei vielä osaa selittää kvanttifysiikkaa kokonaan. Paraonulle se on osa viehätystä.
“Kvanttiteoria kiehtoo minua edelleen. Sitä on tutkittu yli sata vuotta, mutta emme silti voi sanoa, että ymmärrämme sen täysin. Mutta voimme silti käyttää sitä laitteissa, laskea matematiikkaa ja tehdä onnistuneita kokeita.”
Selittämättömyydellä on rooli Paraoanun arkisessa aherruksessa. Hänen mukaansa kvanttikokeiden suunnittelu ja laitteiden rakentaminen on silkkaa taidokasta insinöörityötä, mutta mikä tahansa koe voi johtaa odottamattomiin tuloksiin.
“Kvanttikokeissa on aina tietty arvaamattomuus läsnä. Odottamaton koetulos voi johtua työstettävästä materiaalista tai suunnitteluviasta. Mutta joskus se voi myös olla uusi tieteellinen ilmiö, joka löytyy sattumalta.”
Tällä hetkellä uudella professorilla on selvät kuviot: aksionien etsiminen ja KVANTTI-tutkimusryhmän johtaminen pitävät hänet kiireisenä. Tieteellisen työn ulkopuolella Paraoanu on innokas kehittämään yhteisöään.
“Suomalainen kvanttiyhteisö, eli akateemiset tutkimuslaitokset, yritykset ja muut yhteistyökumppanit, on jo huippulaatua. Tämän tason ylläpitäminen vaatii paljon työtä, ja tarkoituksemme on mennä vielä pidemmälle. ”
Paraoanu on tyytyväinen uusien kvanttiteknologian opiskelijoiden määrään, mutta hänen mielestään heitä voisi tutustuttaa käytännön työhön paremmin.
“Meidän täytyy sisällyttää käytännöllinen laboratoriotyöskentely opintoihin nykyistä paremmin ja aiemmin. Se olisi opiskelijoille hyödyksi.”
Paraonu jos kuka tietää miten tärkeää on päästä käytäntöön kiinni ajoissa. Huolimatta siitä, että laitteiden monimutkaisuus on kasvanut eksponentiaalisesti, Paraonun mukaan hänen lähestymistapansa kvanttiteknologiaan on sama kuin vuosikymmeniä sitten sähkölaitteita sorvatessa.
“Tämä ei ole kaukana siitä mitä tein kymmenvuotiaana. Tärkeintä on ajatella jokaista laitteen komponenttia erikseen, ymmärtää mikä sen tehtävä on ja selvittää miten kaikki komponentit toimivat yhdessä. Laitteissani on tätä nykyä hieman enemmän osia, ja niiden matematiikka perustuu todennäköisyyksiin varmuuden sijaan.”
Euroopan tutkimusneuvosto (ERC) on myöntänyt DarkQuantum-hankkeelle kaikkiaan 12,9 miljoonan euron Synergy Grant -rahoituksen, josta Aalto-yliopiston osuus on noin kaksi miljoonaa euroa. ERC Synergy Grant -rahoitus on kaikkiaan Aallon toinen ja Suomen kolmas. Aalto-yliopiston osuutta tutkimuksessa johtaa yliopistonlehtori Sorin Paraoanu tutkimusryhmineen.
Our group is part of the effort in nanoelectronics in the Low Temperature Laboratory, Department of Applied Physics. The group is doing research in such fields as quantum information and quantum-level effects in superconducting devices, quantum coherent matter, and interaction of electromagnetic fields with nano-structured materials.
Otaniemen mikro- ja nanoteknologioiden infrastruktuuri OtaNano on kansallinen tutkimusinfrastruktuuri kilpailukykyisen tutkimuksen harjoittamiseen nanotieteiden ja -teknologian sekä kvanttiteknologioiden alalla.
