Kvanttiakustiikalla tavoitteena kuunnella molekyylejä

Caltechin ja Stanfordin yliopiston fyysikot ovat kehittäneet nanoelektromekaanisia järjestelmiä (NEMS), jotka mahdollistavat fononien kvanttikäyttäytymisen pelkästään laitteen muodostavan materiaalin luontaisten ominaisuuksien kautta. Aiemmin tällaista käyttäytymistä ei ollut mahdollista havaita ilman ulkoisen kvanttilaitteen, kuten suprajohtavan kubitin, apua.

Tämä tarkoittaa, että tämän uuden löydetyn mekanismin ansiosta yksittäinen NEMS-laite voi esimerkiksi toimia huomattavasti yksinkertaistettuna ja erittäin kompaktina kvanttianturina tai kubittina.

Uusi tutkimus, joka on osa nousevaa kvanttiakustiikka-alaa, on seuraava askel kohti kvanttianturirakenteiden luomista, jotka käyttävät yksittäisiä fononeja erittäin pienten materiaalien muutosten tarkkaan havaitsemiseen.

Nature Physics -lehdessä raportoiduilla löydöksillä on sovelluksia kvanttilaskennassa ja kvanttiviestinnässä sekä biologisissa mittauksissa.

"Tavoitteenamme on pohjimmiltaan kuunnella molekyylejä", Yuksel sanoo. Fononit asuvat laitteessamme, ja me aistimme kaiken, mikä niihin kytkeytyy, kuten siihen laskeutuvan molekyylin. Haluamme oppia molekyylien ainutlaatuisista ominaisuuksista: sisäisestä rakenteesta, siitä, miten ne toimivat, miten ne sitoutuvat lääkkeisiin, miten ne vaihtavat aktiivisen ja passiivisen tilan välillä ja niin edelleen."

Stanfordin yliopiston jatko-opiskelija Matthew Maksymowych sanoo: "Tässä työssä on ratkaisevan tärkeää, että laitteemme ovat erittäin herkkiä ympäristön muutoksille, mutta silti riittävän vakaita välttääkseen harhasignaaleja ja kohinaa. Suuri osa työstämme keskittyy tämän paradoksin ratkaisemiseen."

Kvanttitasolla toimimalla sensoreilla on potentiaalia avata syvempää tietoa molekyyleistä ja niiden dynamiikasta.

"Työskentelemme yksittäisten molekyylien kvanttimittausten tekemiseksi", sanoo tutkimuksen päätutkija Michael Roukes. "Kun laitteemme saatetaan kvanttitilaan alentamalla lämpötilaa, perusajatuksena on, että voimme kuunnella proteiinirakenteiden sisäistä dynamiikkaa perustavanlaatuisimmalla tasolla."

Aiheesta aiemmin:

Hyvät vibat kvanttiviestinnälle

Saada fononit vuorovaikuttamaan

Kaksoisraon koe nyt myös äänellä