Kvanttilämpöä ja kvanttilomittumista mittaillen

Kvanttifysiikan siirtäminen laboratorioista käytännön sovelluksiin on teknisesti haastavaa ja kehityksen vauhdittamiseksi on ratkaistava vielä monia avoimia tutkimuskysymyksiä. Yksi näistä on lämpö ja sen käyttäytyminen kvanttimaailmassa.

Aalto-yliopiston ja Lundin yliopiston tutkijat esittelevät uudessa tutkimuksessaan uuden, äärimmäisen herkän kvantti-ilmaisimen. Sillä voidaan mitata kvanttijärjestelmän lämpöenergiaa ja tutkia jatkossa kvanttitilojen, kuten kvanttitietokoneiden kubittien, vuorovaikutusta ympäröivän maailman kanssa.

”Kvantti-ilmaisin eli kalorimetri absorboi itseensä säteilyä kvanttitiloista kuparilangalla, jonka paksuus on vain hiuksen tuhannesosa. Kalorimetrin tarkkuudelle on olemassa teoreettinen raja, jonka olemme saavuttamassa laitteellamme.”

”Tavoitteena on pystyä mittaamaan yksittäisiä mikroaaltofotoneja. Jos sellaiseen pystytään suurin osa kvanttitermodynamiikan ongelmista saadaan ratkaistua,” kertoo tohtorikoulutettava Bayan Karimi.

Melkomoisen mittaus- ja tutkimustekniikan avulla Ricen ja TU Wienin fyysikot ovat puolestaan pystyneet esittämään suoran todistuksen lomittumisen roolista kvanttikriittisyydessä. Tutkimuksessaan he ovat havainneet kvanttilomittumista miljardien ja miljardien virtaavien elektronien joukossa materiaalin kvanttikriittisessä pisteessä.

Tutkimuksessa tarkkailtiin ytterbiumin, rodiumin ja piin muodostaman “omituisen metalliyhdisteen” elektronista ja magneettista käyttäytymistä lähestyttäessä ja läpäistessä kriittisen muutoksen kahden hyvin tutkitun kvanttifaasin välisellä rajalla.

Monin uusin ajatuksin, teknisin laittein ja tutkimusmateriaalien kokeilujen kautta he saavuttivat todisteen, että kyseessä on tähän mennessä vahvin suora todiste lomittumisen roolista kvanttikriittisyyden aikaansaamisessa.

Yksi tutkimuksen tekijöistä Qimiao Si toteaa, että kaikki tutkimukseen tehdyt ponnistelut olivat sen arvoisia, koska havainnoilla on kauaskantoisia vaikutuksia.

"Kvanttien lomittuminen on perusta kvantti-informaation tallentamiselle ja käsittelemiselle", hän jatkaa. ”Samalla kvanttikriittisyyden uskotaan johtavan korkean lämpötilan suprajohtavuuteen. Joten havaintomme viittaavat siihen, että sama taustalla oleva fysiikka - kvanttikriittisyys - voi johtaa perustaan sekä kvantti-informaatiolle että korkean lämpötilan suprajohtavuudelle. Kun ajatellaan tätä mahdollisuutta, ei voida muuta kuin ihmetellä luonnon ihmettä,” hämmästelee Si.

Aiheista aiemmin:

Kvanttitason mittauksia

Lomittumista 50 kilometrissä valokuitua