Kvanttista tunnistusta ja elektronimikroskopiaa25.08.2026
Ben Lanyonin johtamat tutkijat Innsbruckin yliopiston kokeellisen fysiikan laitoksella ovat osoittaneet, kuinka tämä este voidaan voittaa. Heidän tutkimustyönsä osoittaa, että oikeanlaisella kvanttivalmistelulla sensorit voivat pysyä suojattuina häiritsevältä kohinalta ja silti havaita signaaleja, joita tieteilijät haluavat mitata. Tutkimusryhmä loi sähkökenttien avulla paikoillaan pitämien kolmen kalsiumionin avulla erityisen kvanttilomittumisen tyypin, jonka avulla anturit voivat jättää huomiotta ei-toivotut häiriöt. ”Jopa standardimenetelmille ylivoimaisissa kohinaolosuhteissa lomittuva mittausprotokollaamme on edelleen teoreettisesti optimaalinen”, sanoo kokeellinen johtaja James Bate. ”Havaitsemme, että kvanttiavusteinen lähestymistapa ei ainoastaan selviä kohinasta – se ylittää ratkaisevasti kaikki mahdolliset klassiset tai lomittumattomuuden strategiat.” Kolmen ionin avulla tehdyn periaatetodistuksen lisäksi kirjoittajat osoittavat teoreettisesti, että kvanttietu skaalautuu eksponentiaalisesti havaitun kentän monimutkaisuuden kasvaessa. Koska protokolla perustuu vain anturien suhteelliseen sijoitteluun ja kykyyn tuottaa moniosaista lomittumista, sitä voidaan helposti laajentaa tulevaisuuden kvanttianturiverkkoihin, jotka käyttävät ioneja, atomeja, kiinteän olomuodon spinejä tai muita alustoja. Kvanttitietokonemikroskooppi Elektronimikroskooppeja käytetään kaikkialla, missä on kuvattava erityisen pieniä yksityiskohtia. Mutta puhtaasti fysikaalisesta näkökulmasta jokainen elektroni perinteisessä elektronimikroskoopissa edustaa menetettyä tilaisuutta: jos vain lasketaan elektroneja, kaikki niiden kantama kvantti-informaatio jää hyödyntämättä.
”Ideamme on yhdistää elektronit kvanttitietokoneeseen. Annamme niiden olla vuorovaikutuksessa ionien kanssa, jotka pysyvät paikoillaan elektronisuihkun reitillä”, selittää Elias Pescoller, julkaisun ensimmäinen kirjoittaja. ”Tämä voi esimerkiksi luoda kvanttilomittumisen elektronin ja kvanttitietokoneen välille. Elektroni ja ioni jakavat siten yhteisen kvanttitilan.” Kvanttifysiikka tarjoaa tässä mahdollisuuksia, jotka ovat pohjimmiltaan saavuttamattomia ilman kvantti-ilmiöitä, käyttämällä puhtaasti klassista elektronien laskentaa. ”Kvanttifysiikka antaa meille mahdollisuuden voittaa tilastolliset rajoitukset, jotka rajoittavat perinteisiä elektronimikroskooppeja”, sanoo Elias Pescoller. Aiheesta aiemmin: Opas kvanttitehostettuun tunnistusteknologiaan |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.
Kvanttisensorit lupaavat ennennäkemätöntä mittaustarkkuutta, mutta niiden etu voi nopeasti heikentyä realistisissa ympäristöissä, joissa kohina on hallitsevaa.
TU Wienin yliopiston tiimi on yhdessä Wienin yliopiston, JKU Linzin ja Innsbruckin yliopiston tiimien kanssa kehittänyt tavan hyödyntää elektronien kuljettamaa kvantti-informaatiota elektronimikroskoopissa: elektronisuihku kytketään kvanttitietokoneeseen, mikä avaa täysin uusia mahdollisuuksia elektronien kvantti-informaation parissa työskentelyyn.