Lähes ikiliikkuva aikakide voi kasvattaa kvanttitietokoneiden laskentatehoa

Aikakide on moninkertaisesti pitkäikäisempi kuin muut kvanttijärjestelmät, joten sitä voitaisiin hyödyntää esimerkiksi kvanttitietokoneiden laskentatehon sekä mittauslaitteistojen tarkkuuden kasvattamiseen.

Nyt Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan laitoksen tutkijat ovat ensimmäistä kertaa kytkeneet aikakiteen ulkopuoliseen värähtelijään. Tutkimuksessa onnistuttiin luomaan aikakiteistä niin sanottu optomekaaninen järjestelmä, jolla voi tulevaisuudessa esimerkiksi kehittää äärimmäisen tarkkoja sensoreita tai kvanttitietokoneiden toiminnalle elintärkeitä muistijärjestelmiä, kertoo tutkimuksen pääkirjoittaja, akatemiatutkija Jere Mäkinen.

”Kvanttimaailmassa ikiliike on mahdollista kunhan sitä ei häiritä ulkopuolisella energialla, kuten havainnoinnilla. Aikakidettä ei ole koskaan aiemmin kytketty mihinkään ulkopuoliseen järjestelmään. Nyt kuitenkin onnistuimme siinä, ja osoitimme myös ensimmäistä kertaa, että kiteen ominaisuuksia on mahdollista muokata tällä tavalla”, Mäkinen sanoo.

Tutkijat pumppasivat magnoneiksi kutsuttuja kvasihiukkasia eli yksittäisten hiukkasten tavoin käyttäytyviä hiukkasryhmiä radioaaltojen avulla helium-3-supranesteeseen, joka oli jäähdytetty lähelle absoluuttista nollapistettä.

Kun pumppu kytketään pois päältä, magnonit muodostavat aikakiteen, joka toimii ennennäkemättömän pitkään: se pysyy liikkeessä jopa 10 8 värähtelyn ajan – tässä tapauksessa useita minuutteja – ennen vaimenemistaan tasolle, jota tutkijat eivät enää pystyneet havaitsemaan.

Vaimenemisen aikana aikakide kytkeytyy läheiseen mekaaniseen värähtelijään muodostaen optomekaanisen systeemin. Kytkeytyminen näkyy kokeissa taajuuden vaihteluina tavalla, joka määräytyy mekaanisen värähtelijän värähtelytaajuudesta sekä -laajuudesta.

”Osoitimme, että havaitut aikakiteen taajuuden vaihtelut selittyvät täysin fysiikassa tunnettujen optomekaanisten ilmiöiden avulla, joihin perustuu esimerkiksi LIGO-observatorion gravitaatioaaltojen mittaaminen. Aikakiteen liikkeen energiahäviötä pienentämällä ja mekaanisen värähtelijän taajuutta nostamalla tämän asetelman voisi optimoida lähelle kvanttimaailman rajaa”, Mäkinen sanoo.

Aikakiteitä voitaisiin näin käyttää esimerkiksi kvanttitietokoneiden laskentatehon ja mittauslaitteistojen tarkkuuden kasvattamiseen.

”Aikakide on moninkertaisesti pitkäikäisempi kuin muut kvanttijärjestelmät, joita käytetään nykyisin esimerkiksi kvanttilaskennassa. Parhaassa tapauksessa aikakidettä voitaisiinkin käyttää esimerkiksi kvanttiprosessorin muistina, johon kvanttitila voidaan tallentaa huomattavasti nykyistä pidempään. Lisäksi aikakiteitä voisi hyödyntää taajuuskampana, joita käytetään äärimmäisen tarkoissa mittauksissa taajuusreferensseinä.”

Aiheesta aiemmin:

Aikakiteitä nestekiteistä

Paholaisen askelmat aikakiteessä

Käyttökelpoisia aikakiteitä