Physics World -lehti on valinnut Aalto-yliopiston professorin Mika A. Sillanpään johtaman tutkimusryhmän artikkelin vuoden tärkeimmäksi fysiikan alan tutkimusläpimurroksi.
Saman palkinnon ovat aiemmin saaneet muun muassa ensimmäinen kuva mustasta aukosta sekä havainto gravitaatioaalloista. Gravitaatioaaltojen löytäminen palkittiin sittemmin myös Nobelilla.
Aallon fyysikot onnistuivat mittaamaan samanaikaisesti kvanttirumpukalvojen paikan ja nopeuden. Tämän ei kvanttimekaniikan perusperiaatteiden mukaan pitäisi olla mahdollista.
Tutkijat käyttivät mittauksissaan kahta rumpukalvoa, jotka olivat leveydeltään noin viidesosa hiuksen paksuudesta ja joita voidaan ajatella yhtenä värähtelijänä.
Kahden rummun värähtelyt päätyivät tutkimuksessa kollektiiviseen kvanttitilaan. Siinä ne värähtelivät vastakkaisissa vaiheissa siten, että kun toinen oli liikkeen yhdessä ääripäässä, toinen oli vastaavasti toisessa. Näin rumpujen hetkellisen sijainnin kvanttimekaaninen epämääräisyys kumoutui.
Tutkimuksen julkaisi toukokuussa 2021 Science-lehti.
Haastava tutkimus jatkuu
Mika A. Sillanpään ryhmä toimii etulinjassa tutkimusalueella, jolla työskenteleviä on vain vähän.
”Jatkamme tutkimusta ja yritämme havaita painovoiman vaikutusta kvanttimekaanisessa järjestelmässä. Se on fysiikan alan suurimpia avoimia kysymyksiä”, Sillanpää sanoo tiedotteessa.
Tutkimuksen mukaan suuretkin kappaleet voivat päätyä niin sanottuun lomittuneeseen kvanttitilaan. Nyt tutkitut järjestelmät ovat silti nähtävissä paljaalla silmällä, juuri ja juuri.
”Ei ole tietoa, onko luonnossa joku toistaiseksi tuntematon mekanismi, joka rajoittaa hyvin isojen kappaleiden kvanttiominaisuuksia”, Sillanpää kertoo.
”Kokeet ovat hirvittävän vaikeita ja vievät paljon aikaa. Pitää olla paljon kärsivällisyyttä, että jaksaa kehittää uusia reseptejä parhaiden näytteiden valmistamiseksi, sekä uusia tutkimusasetelmia.”
Tutkimus ei tähtää sovelluksiin, mutta mekaaniset värähtelijät voivat auttaa esimerkiksi kvanttitietokoneiden ja -prosessorien yhdistämisessä toisiinsa.
Mika A. Sillanpään ryhmä kuuluu Suomen Akatemian Kvanttiteknologian huippuyksikköön (QTF) ja kansalliseen kvantti-instituuttiin (InstituteQ).
(Kuva Mika A. Sillanpään tutkimusryhmä/Aalto-yliopisto) Havaintokuva kvanttirummuista.
