Kotimaa
15.12.2016 22:07 ・ Päivitetty: 16.12.2016 05:56
Tutkijat löysivät vaikeasti havaittavia pyörteitä supranesteessä – kukonaskel lähempänä huippunopeaa kvanttitietokonetta
Kvanttifysiikan ilmiön ymmärtäminen voi viedä lähemmäs kvanttitietokoneita. Ne ovat tietokoneita, jotka tekevät nopeudellaan nykyiset supertietokoneet lapsellisen hitaiksi.
Aalto-yliopiston ja moskovalaisen P.L. Kapitza Instituten tutkijat ovat havainneet puolikvanttipyörteitä supranesteheliumissa. Kyseinen pyörre on supranesteissä ja suprajohteissa ilmenevä poikkeama eli topologinen virhe, joka kuljettaa tietyn määrän kiertävää virtaa.
Supraneste taas on ilmiö, jossa nesteellä ei ole hyvin alhaisessa lämpötilassa viskositeettia lainkaan. Sellainen neste ei pysy astiassa, eikä missään muuallakaan.
– Puolikvanttipyörteiden löytymistä edelsi pitkä etsintä, sillä niiden olemassaolo supranesteheliumissa ennustettiin alun perin jo vuonna 1976, kertoo Aalto-yliopiston tohtorikoulutettava Samuli Autti.
– Tulevaisuudessa löytömme mahdollistaa pääsyn puolikvanttipyörteiden ytimiin, joissa on eristettyjä Majorana-tiloja, eräänlaisia erakkohiukkasia. Näiden tilojen ymmärtäminen on olennaisen tärkeää kvantti-informaation prosessoinnin kehityksen ja kvanttitietokoneen luomisen kannalta, Autti jatkaa.
Kuulostaa monimutkaiselta, mutta saattaa johtaa läpimurtoon kvanttitietokoneiden kehittelyssä.
Kvanttijärjestelmissä, kuten supranesteissä ja suprajohteissa, vallitseva makroskooppinen koherenssi eli eri osien eräänlainen yhtenäisyys sisältää monia mahdollisuuksia ja joitakin keskeisiä rajoituksia.
Lisää aiheesta
Kvanttimekaniikan lait rajoittavat esimerkiksi näiden järjestelmien kiertävien virtojen voimakkuuden tiettyihin diskreetteihin arvoihin, eli vain tietyt voimakkuudet ovat mahdollisia vapaan voimakkuusvaihtelun sijaan. Puolikvanttipyörre voittaa tuon rajoituksen hyödyntämällä alusmateriaalin ei-triviaalista topologiaa.
Topologia on matematiikan osa-alue, joka tutkii aineen ja avaruuden muuttumattomina säilyviä fyysisiä ominaisuuksia. Aihe liittyy suoraan vuoden 2016 fysiikan Nobel-palkintoon, Aalto-yliopistolta kerrotaan.
Yksi esiin tulleista ominaisuuksista on samankaltainen niin kutsutun Alice-säikeen kanssa suurenergiafysiikassa, jossa säikeen ympäri kiertävä hiukkanen vaihtaa varauksensa. Näiden järjestelmien kvanttiominaisuuksia on jo yleisellä tasolla hyödynnetty ultraherkissä SQUID-vahvistimissa ja muissa merkittävissä kvanttilaitteissa.
Artikkeli Observation of Half-Quantum Vortices in Topological Superfluid 3He (Havaintoja puolikvanttipyörteistä topologisessa supraneste-3He:ssa) on julkaistu 14. joulukuuta Physical Review Lettersin verkkojulkaisuna, ja siitä on julkaistu myös erillinen artikkeli Physics-julkaisun verkkoversiossa. Tutkimuksessa käytettiin kansallisen OtaNano-infrastruktuurin laitteistoja.
Tutkimusryhmä on osa Aalto-yliopiston Matalien lämpötilojen kvantti-ilmiöiden ja komponenttien huippuyksikköä.
Kommentit
Artikkeleita voi kommentoida yhden vuorokauden ajan julkaisuhetkestä. Kirjoita asiallisesti ja muita kunnioittaen. Ylläpito pidättää oikeuden poistaa sopimattomat viestit ja estää kirjoittajaa kommentoimasta.