RF-fotoneja ja kvanttihyppyjä

Tämä kvanttipiiri (1x1 cm) antaa tutkijoille mahdollisuuden kuunnella kvanttimekaniikan sallimia heikoimpia radiotaajuuksien signaaleja. 

Delftin teknillisen yliopiston tutkijat ovat luoneet kvanttipiirin, jonka avulla he voivat kuunnella heikointa radiosignaalia, jonka kvanttimekaniikka mahdollistaa.

Tällainen uusi kvanttipiiri avaa oven mahdollisille tuleville sovelluksille sellaisilla aloilla kuin radiotähtitiede ja lääketiede (MRI). Se mahdollistaa myös tutkijoiden tehdä kokeita, jotka voivat valaista kvanttimekaniikan ja painovoiman välistä vuorovaikutusta.

Heikko radiosignaali ei ole pelkästään käytännön haaste radiotekniikan käytössä, vaan myös magneettikuvauksen (MRI) skannereissa sairaaloissa sekä kaukoputkissa, joita tutkijat käyttävät kurkkiakseen avaruuteen.

Pitkien aallonpituuksien yksittäisten fotonien havaitseminen on ollut vaikeaa taustan lämpövaihtelujen vuoksi.

Tässä tutkimushavainnoinnissa professori Gary Steelen ryhmän tutkijat Delftissa osoittivat radiotaajuuksien fotonin eli energian kvantin, kvanttimekaniikan teorian sallimien heikoimpien signaalien havaitsemisen.

Tutkimusryhmän kehittämä mikroresonaattorien piiri pystyy käytännössä havaitsemaan energiakvantit radiotaajuussignaaleissa, mikä avaa mahdollisuuden havaita radioaaltoja kvanttitasolla.

Aalto-yliopiston tutkijat puolestaan havaitsivat äskettäisessä tutkimuksessaan kvanttijärjestelmissä tapahtuvaa nopeaa energiansiirtoa. Tutkijat ohjasivat kvanttibittiä, jota he kutsuvat transmoniksi. Kun transmonsiru jäähdytetään alle asteen tuhannesosan päähän absoluuttisesta nollapisteestä, se alkaa käyttäytyä keinotekoisen atomin tavoin.

Tutkimuksessaan dosentti Sorin Paraoanun tutkimusryhmä sai transmonin hyppäämään yhden kvantittuneen energiatason yli. Tutkijat toteuttivat kokeensa kolmitasoisessa suprajohtavassa transmonipiirissä.

Matalissa lämpötiloissa transmonin energia voi saada ainoastaan tiettyjä kvantittuneita arvoja. Kun transmoniin kohdistetaan mikroaaltoja, transmon voi sulauttaa itseensä energiaa ja hypätä yhden tason ylöspäin.

Tässä tutkimuksessa ylimääräinen mikroaallon ohjaussignaali sai aikaan erittäin tarkan ja nopean energiatason muutoksen. Aiemmin tämä on ollut mahdollista ainoastaan silloin, kun laitetta ohjaavia mikroaaltosignaaleja on muutettu hitaasti ja vähitellen.

Energiatasojen siirto saavutetaan, kun transmon saadaan absorboimaan samanaikaisesti kahta eri taajuista mikroaaltoa.

Aiheesta aiemmin:

Maailman pienin radioasema

Aalto-yliopiston kvanttitutkijat ahkerina