Tutkijoille läpimurto kubittien energiahäviöiden mittaamisessa – mahdollistaa tulevaisuuden tehokkaammat kvanttitietokoneet
Aalto-yliopiston tutkijat osoittivat, miten kubittien energiahäviöt voidaan selittää yksinkertaisella kokeella. Löytö auttaa fyysikoita kehittämään tehokkaampia kubitteja esimerkiksi kvanttitietokoneita varten.
Suprajohtavat kvanttibitit – eli kubitit – ovat esimerkiksi kvanttitietokoneiden ja äärimmäisen herkkien mittalaitteiden rakennuspalikoita. Nimensä mukaisesti suprajohteet kuljettavat sähkövirtaa erittäin tehokkaasti. Toisin kuin puolijohtimissa, suprajohtimissa sähkövirrasta katoaa vain äärimmäisen vähän energiaa matkan aikana.
Kubittien suprajohtavuuden mahdollistaa niin sanottu Josephsonin ilmiö, jossa kaksi toisiaan lähellä olevaa suprajohdinta synnyttää sähkövirran niitä erottavan esteen läpi. Aalto-yliopiston tutkijat ovat nyt ensimmäistä kertaa onnistuneet mittaamaan kubittien Josephson-liitoksissa tapahtuvaa energian haihtumista säteilynä.
Kvantti-ilmiöitä ja -laitteita tutkivan Aalto-yliopiston Pico-tutkimusryhmän tutkijatohtori Bayan Karimi osoitti, että aiemmin selittämättömän kubittien energiakadon syy löytyy juuri lämpösäteilystä. Tutkimus julkaistiin Nature Nanotechnology -lehdessä elokuun 22. päivä.
”Huolimatta nopeasta edistymisestä kubittien kehittämisessä, aiemmin on ratkaisematta jäänyt tärkeä kysymys: miten ja missä lämpöhäviö tapahtuu?”, Karimi toteaa.
Karimin mukaan kubitit ovat erittäin herkkiä häiriöille, jolloin niistä tulee herkästi epävakaita. Joskus muutos selittyy ulkoisella taustakohinalla, mutta Josephson-liitoksissa tapahtuvaa energian haihtumista säteilynä ja sen aiheuttamaan lämpenemistä ei ole hänen mukaansa aiemmin tutkittu kokeellisesti.
”Olemme tässä työssä mitanneet miten energia siirtyy Josephson-liitoksesta ympäristöön. Tutkimus perustuu Pico-ryhmän osaamiseen säteilevän energian mittaamisessa herkin lämpömittarein”, kertoo Aalto-yliopiston professori ja Pico-ryhmän johtaja Jukka Pekola.
Energiahäviöt sinänsä tunnetaan entuudestaan. Fyysikot ovat tehneet kokeita, joissa sadat Josephson-liitokset on sijoitettu jonossa samaan piiriin. Yksikin liitos riitti epävakauttamaan sitä seuraavat liitokset.
Alun perin Karimi ja Pekola tekivät kokeita useilla yhteen kytketyillä liitoksilla, kunnes he päättivät yksinkertaistaa koeasetelmaansa. Lopulta kokeissa havainnoitiin vain yhtä Josephson-liitosta, jonka jännitettä sitten hienosäädettiin. Karimi ja Pekola sijoittivat äärimmäisen tarkan lämpömittarin liitoksen viereen ja onnistuivat mittaamaan liitoksesta lähtevän erittäin heikon lämpösäteilyn eri taajuuksilla aina sataan gigahertziin saakka.
Fyysikot jatkavat tehokkaampien kubittien kehittämistä osana kilpajuoksua, jonka tarkoitus on parantaa lähitulevaisuuden kvanttitietokoneiden teknologiaa. Karimin ja Pekolan tuottama uusi tieto antaa tutkijoille ja insinööreille keinon ymmärtää kubittien häviöitä entistä paremmin. Kvanttitietokoneissa kauemmin koherentteina säilyvät kubitit mahdollistavat aiempaa suuremman määrän laskutoimituksia, johtaen lopulta niin monimutkaisiin laskutoimituksiin ettei niitä voi klassisilla tietokoneilla suorittaa.
Pico-ryhmän teoreettinen työ on tehty yhteistyössä Madridin yliopiston kanssa ja kokeellinen osuus InstituteQ Chair of Excellence -professori Charles Marcusin kanssa. Kokeessa käytettyjen laitteiden valmistamisessa käytettiin Suomen kansallista mikro- ja nanoteknologian tutkimusinfrastruktuuria, OtaNanoa. Lisäksi tutkimuksen mahdollisti Suomen Akatemia Quantum Technology Finland -huippuyksikön ja THEPOW-konsortiumin kautta.
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Bayan Karimi
tutkijatohtori, Aalto-yliopisto
bayan.karimi@aalto.fi
+358505215282
Jukka Pekola
professori, Aalto-yliopisto
jukka.pekola@aalto.fi
+358503442697
Linkit
Tietoa julkaisijasta
Aalto-yliopistossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Rakennamme kestävää tulevaisuutta saavuttamalla läpimurtoja avainalueillamme ja niiden yhtymäkohdissa. Samalla innostamme tulevaisuuden muutoksentekijöitä ja luomme ratkaisuja maailman suuriin haasteisiin. Yliopistoyhteisöömme kuuluu noin 13 000 opiskelijaa ja yli 4 500 työntekijää, joista 400 on professoreita. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Aalto-yliopisto
”Taivaallinen flipperi” antaa Juicelle tuplatyönnön matkalla Jupiteriin: ESA:n luotain ohittaa Kuun ja Maan19.8.2024 11:50:00 EEST | Tiedote
Aalto-yliopiston ja Ilmatieteen laitoksen tutkijat ovat olleet mukana rakentamassa PEP-mittalaitetta, joka tekee ainutlaatuisia mittauksia Maan avaruusympäristöstä ohilentojen aikana.
Suomen kuuden suurimman kaupungin ilmastotoimet vertailussa – tiivistäminen ei riitä ratkaisuksi, tutkijat korostavat15.8.2024 12:10:39 EEST | Tiedote
Aalto-yliopiston tutkijat osoittivat, että vaikka kaupunkivihreän merkitys kasvaa, kaupunkirakenteen tiivistäminen on edelleen ilmastotyön mantra, jota ei kyseenalaisteta. Kaupunkien ilmastosuunnitelmista löytyi myös eroja: Helsinki, Espoo ja Oulu näkevät kaupunkivihreän lähinnä tiiviyttä palvelevana sopeutumisena, kun taas Tampere, Turku ja Vantaa painottavat luonnonsuojelua ja yhä enemmän myös kaupunkivihreän lukuisia hyötyjä ympäristölle ja asukkaille.
Miljoonarahoitus hengittävien puuvaahtorakennusten kehittämiseen – ilmanvaihtoaukot avautuvat ja sulkeutuvat itsestään9.8.2024 11:12:30 EEST | Tiedote
Puuvaahdosta 4D-tulostamalla tehty julkisivuelementti voi säästää merkittävästi lämmitykseen ja jäähdytykseen tarvittavaa energiaa sekä kutistaa rakentamisen hiilijalanjälkeä. ”Kuulostaa scifiltä, mutta on täysin mahdollista”, hanketta vetävä Juha Koivisto kuvaa Gaudin arkkitehtuurin inspiroimaa ratkaisua.
Uusi hyvinvointimalli haastaa hallituksen leikkauspäätökset29.7.2024 09:25:54 EEST | Tiedote
Leikkaukset pitäisi kohdistaa palveluihin, jotka tuottavat vähiten hyvinvointia, sanoo uudenlaisen hyvinvoinnin mallin rakentanut apulaisprofessori Frank Martela.
Tutkimus: Matalan hierarkian organisaatioissa isoja periaatekysymyksiäkin ratkotaan porukalla Slackissa5.7.2024 11:37:53 EEST | Tiedote
Tutkijat selvittivät yhteisöllisen auktoriteetin toimintaa kolmessa ohjelmistoyrityksessä. Johtajat osallistuivat keskusteluihin aktiivisesti, eivätkä työntekijät arastelleet heidän haastamistaan.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme