Hvor følsom kan en kvantedetektor være?

Kvantefysikken bevæger sig ud af laboratoriet og ind i hverdagen. På trods af overskrifter om kvantecomputere, der løser problemer, der er umulige for klassiske computere, tekniske udfordringer står i vejen for at få kvantefysikken ind i den virkelige verden. Ny forskning offentliggjort i Naturkommunikation fra teams ved Aalto University og Lund University kunne udgøre et vigtigt redskab i denne søgen.

Et af de åbne spørgsmål i kvanteforskningen er, hvordan varme og termodynamik sameksisterer med kvantefysik. Dette forskningsfelt for kvantetermodynamik er et af områderne professor Jukka Pekola, lederen af ​​QTF Center of Excellence ved Finlands Akademi, har arbejdet på i sin karriere. "Dette felt har været domineret af teori, og først nu begynder vigtige eksperimenter at dukke op, " siger professor Pekola. Hans forskergruppe er gået i gang med at skabe kvantetermodynamiske nanoenheder, der eksperimentelt kan løse åbne spørgsmål.

Kvantetilstande, som dem, der styrer de qubits, der driver kvantecomputere, interagere med deres omverden, og disse interaktioner er, hvad kvantetermodynamik beskæftiger sig med. Måling af disse systemer kræver detektering af energiændringer, så usædvanligt små, at de er svære at udvælge fra baggrundsudsving, som at forsøge at afgøre, om et stearinlys i et rum er blevet blæst ud ved kun at bruge et termometer. Et andet problem er, at kvantetilstande kan ændre sig, når de måles, simpelthen fordi de er blevet målt. Dette er analogt med at få en kop vand til at koge ved at sætte et termometer i den. Holdet skulle lave et termometer, der var i stand til at måle meget små ændringer uden at forstyrre nogen af ​​de kvantetilstande, de planlægger at måle.

Doktorand Bayan Karimi arbejder i QTF og Marie Curie træningsnetværket QuESTech. Hendes enhed er et kalorimeter, som måler varmen i et system. Den bruger en strimmel kobber, der er omkring 1000 gange tyndere end et menneskehår. "Vores detektor absorberer stråling fra kvantetilstandene. Det forventes at bestemme, hvor meget energi de har, og hvordan de interagerer med deres omgivelser. Der er en teoretisk grænse for, hvor nøjagtigt et kalorimeter kan være, og vores enhed er nu ved at nå den grænse, " siger Karimi.