Quantum Computing and Devices (QCD)
We have a major effort on experimental low-temperature physics, but we also carry out computational and theoretical work down to fundamental quantum mechanics.
Tutkijat onnistuivat havaitsemaan kvanttisolmujen purkautumisen
Jos kvanttisolmuja ei saada stabiloitua, ne tulee hyödyntää nopeasti ennen hajoamista.
Uudessa Aalto-yliopiston ja yhdysvaltalaisen Amherst Collegen tutkimushankkeessa tutkittiin kvanttisolmujen käytöstä pitkällä aikavälillä. Kvanttikaasua voidaan sitoa solmuiksi magneettikenttien avulla, ja uudessa tutkimuksessa tutkijat pystyivät ohjaamaan kvanttikaasun tilaa aiempaa tarkemmin. Tämän ansiosta he pystyivät havaitsemaan kvanttikaasun rakenteessa tapahtuvat muutokset, kuten esimerkiksi solmujen hajoamisen ja pyörteen muodostumisen. Tämä tapahtui itsestään lyhyen ajan sisällä.
Tohtoriopiskelija Tuomas Ollikainen Aalto-yliopistosta suoritti kokeellisen osan työstä Amherstissa, Massachusettsin osavaltiossa, ja sen jälkeen hän palasi Aaltoon analysoimaan saamansa tulokset ja kehittämään teoriaa.
”Kukaan ei ole pystynyt tutkimaan vastaavien kolmiulotteisten rakenteiden dynamiikkaa kokeellisesti ennen tätä, joten tämä on askel oikeaan suuntaan. Solmun hajoaminen oli yllättävä havainto, sillä kvanttisolmujen tapaiset topologiset rakenteet ovat yleensä poikkeuksellisen vakaita. Tämä on jännittävä löydös koko alan kannalta, koska kvanttikaasujärjestelmissä ei ole aikaisemmin havaittu, että topologinen kvanttirakenne voisi muuttua kolmiulotteisesta yksiulotteiseksi.”
Tutkijat toivovat, että heidän löytönsä voisi avata uusia mahdollisuuksia kokeelliseen tutkimukseen.
”Kvanttisolmuja voidaan tietysti simuloida, mutta niiden tekeminen ei ole kovin helppoa käytännössä. Kun pystymme hallitsemaan sähkömagneettista ympäristöä tarkemmin, voimme tutkia uusia ilmiöitä ja oppia tuntemaan kiinnostavat kvanttijärjestelmät paremmin”, Ollikainen kertoo.
Aalto-yliopiston ja yhdysvaltalaisen Amherst Collegen yhteishankkeessa on saatu aikaan kvanttisolmuja ensimmäisen kerran vuonna 2016.
”Solmiessamme kvanttisolmuja teimme ensimmäistä kertaa maailmassa kolmiulotteisesti kiertyvän topologisen rakenteen. Se oli aivan huikea kokemus, aivan kuin olisi ottanut ensimmäisen henkäyksen uuden planeetan kamaralla”, sanoo professori Mikko Möttönen.
”Monet tutkijat ovat kiinnittäneet huomiota tutkimustyöhömme, ja se on innostanut heitä tutkimaan tätä ilmiötä erilaisissa järjestelmissä. Olisi hienoa, jos näitä menetelmiä voitaisiin joskus soveltaa käytännössä – mikä on hyvinkin mahdollista. Uusimmat tuloksemme osoittavat, että vaikka atomikaasuissa olevat kvanttisolmut ovat kiinnostavia, ne tulee hyödyntää nopeasti ennen kuin ne purkautuvat solmuistaan. Onkin todennäköistä, että ensimmäiset käytännön sovellukset löytyvät muista järjestelmistä”, Möttönen jataka.
Mikko Möttösen luotsaama Kvanttilaskennan ja -laitteiden ryhmä on osa Suomen Akatemian kvanttiteknologian huippuyksikköä (QTF). Tutkimustyössä hyödynnettiin Tieteen tietotekniikan keskuksen (CSC) ja Aalto Science-IT -hankkeen laskennallisia resursseja.
Lisätietoa:
Artikkeli: Decay of a Quantum Knot
- Julkaistu:
- Päivitetty:
Lue lisää uutisia
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.
Professori Matti Rossille tiimeineen arvostettu AIS Impact Award 2024
Tiimi voitti palkinnon teknologisesta ja yrittäjyyteen liittyvästä vaikuttavuudesta
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.