Aalto-yliopiston kvanttitutkijat ahkerina

Suprajohtavista alumiiniliuskoista piisirulle rakennettua kvanttibittiä voi käyttää magneettikenttien havaitsemiseen. Kuva: Babi Brasileiro/Aalto-yliopisto

(6.7.2018) Aalto-yliopiston johtama tutkijaryhmä on kvanttifysiikan ja koneoppimisen menetelmiä yhdistelemällä kehittänyt magnetometrin, jonka tarkkuus rikkoo kvanttirajan.

Yleinen nyrkkisääntö mittaustarkkuudelle on niin sanottu kvanttiraja: tarkkuus paranee käänteisesti suhteessa käytettävissä olevien resurssien neliöjuureen. Toisin sanoen, mitä enemmän resursseja – aikaa, säteilytehoa, kuvien määrää – käytetään, sitä tarkempia mittaukset ovat. Loputtomia resursseja ei kuitenkaan ole olemassa.

Aalto-yliopiston sekä Zürichin teknillisen yliopiston (ETH) ja Moskovan MIPT:n ja Landau-instituutin tutkijoiden ryhmä osoittaa miten magneettikentän mittaamisen tarkkuutta voidaan parantaa hyödyntämällä suprajohtavan keinotekoisen atomin, kvanttibitin, häiriötöntä tilaa. Tutkijoiden mukaan heidän tuloksensa ovat ensi askel kvanttitehostettujen menetelmien käytölle sensoriteknologiassa.

Työstään ryhmä käytti suprajohtavaan piiriin perustuvaa vähemmän häiriöherkkää transmon-kubittia, joka on tällä hetkellä yksi johtavista ehdokkaista suuren mittakaavan kvanttikoneiden rakenneosaksi.

Perimmiltaan tutkijat rakensivat keinotekoisen atomin, jonka sisäinen magneettinen momentti on noin 100 000 kertaa suurempi kuin luonnollisten atomien tai ionien. Näin suuren momentin kytkentä ulkoiseen magneettikenttään mahdollistaa, että kentän voimakkuus voidaan mitata tarkasti.

Aalto-yliopisto on ollut osallisena myös australialaisen Adelaiden yliopiston vetämässä tutkimuksessa, joka on osaltaan siirtänyt maailmaa askeleen lähemmäksi luotettavaa ja tehokasta kvantti-laskentaa.

Kansainvälinen ryhmä kehitti uraauurtavan yhden elektronin "pumpun". Sillä voidaan tuottaa miljardi elektronia sekunnissa mutta käyttää kvanttimekaniikkaa hallitsemaan niitä yksitellen.

Tutkimus vie meidät askeleen lähemmäksi tehokasta kvantti-laskentaa", sanoo projektin johtaja Giuseppe C. Tettamanzi Adelaiden yliopiston Institute for Photonics and Advanced Sensing -instituutista.

Tiimiin kuului myös Cambridgen, New South Walesin ja Latvian yliopiston tutkijoita ja he kehittävät tutkimuskenttää nimeltä elektronikvanttioptiikka. Tämä tarkoittaa yksittäisten elektronien kontrolloitua valmistusta, käsittelyä ja mittaamista.

"Näiden nanojärjestelmien elektronien täydellinen hallinta on erittäin hyödyllistä skaalautuvan kvanttitietokoneen realistiselle toteuttamiselle. Ja ehkä yhtä jännittävällä tavalla olemme löytäneet uusia koskaan havaittuja kvanttivaikutuksia, joissa tietyillä taajuuksilla on kilpailua eri tilojen välillä saman elektronin kaappaamiseksi", toteavat tutkijat.

Tavoitteena kvanttitietokone

Uusin kirjani esittelee kvanttitietokoneen toimintaa yleisellä tasolla ja käsittelee aiheen tiedemaailman tämänhetkisiä saavutuksia.

Esiin tulee myös futuristisimman tavoitteen ja tämän hetken saavutusten syvä kuilu. Toisaalta kvanttitietotekniikka on jo toteutumassa tietyillä rajallisilla resursseilla ja tavoitteilla. Ja onko alalla kilpailevia tekniikoita.

Tutkijapiireissä kvanttitietokoneen tuloon uskotaan aika vahvasti. Osittain voidaan sanoa että se on jo todellisuutta mutta onko se saavutettavissa tasolle jolle sitä eniten hehkutettiin.

Kirja saatavissa nyt myös englannin kielisenä Aiming for Quantum Computer –versiona.

Kirjat niiden e-kirjaversiot on hankittavissa kustantajan Books on Demand kirjakauppaosiosta ja erilaisista nettikirjakaupoista.

Tutustu kirjan sisällysluetteloon.


Aiemmat uutiset

Terahertsien sähköisiä pulsseja (20.07.2018)
Munchenin teknillisen yliopiston (TUM) fyysikko Alexander Holleitnerin ja Reinhard Kienbergerin johtama tiimi on onnistunut ensimmäistä kertaa tuottamaan ultralyhyitä..

Valoa seuraavan sukupolven datan tallennukseen (13.07.2018)
Pienet, nanokokoiset suolakiteet, joihin on koodattu dataa käyttämällä laservaloa, saattavat olla seuraava valittavissa oleva datantallennustekniikka, seuraten Australialaisten..

Lämpimät kohteet peittoon infrapuna-antureilta (29.06.2018)
Erityisesti sotilastekniikan parissa halutaan piiloutua infrapunakameroilta ja se voi olla tulevaisuudessa paljon helpompaa, uudella peittävällä materiaalilla, joka..