Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan laitoksen professori ja Quantum Nanomechanics -tutkimusryhmää vetävän Mika A. Sillanpään johtama tiimi on palkittu läpimurtona kansainvälisen fyysikkoseuraa edustava Physics Worldin toimesta. Ryhmä on nimekkäässä seurassa, sillä aiemmin tutkimusläpimurtoina on palkittu muun muassa ensimmäisen mustasta aukosta otettu kuva sekä Nobelin palkinnonkin saanut havainton´ gravitaatioaalloista.
Palkitussa tutkimuksessa fyysikot onnistuivat mittaamaan samanaikaisesti kvanttirumpukalvojen paikan ja nopeuden. Tämän ei kvanttimekaniikan tärkeimpiin perusperiaatteisiin kuuluvan Heisenbergin epätarkkuusperiaatteen perusteella pitäisi olla mahdollista. Tutkijat käyttivät mittauksissa kahta rumpukalvoa, jotka olivat leveydeltään noin viidesosa hiuksen paksuudesta ja joita voidaan ajatella yhtenä värähtelijänä. Tutkimus julkaistiin toukokuussa 2021 arvostetussa Science-lehdessä.
- Kahden rummun värähtelyt päätyivät tutkimuksessa kollektiiviseen kvanttitilaan, jossa ne värähtelivät vastakkaisissa vaiheissa siten, että kun toinen oli liikkeen yhdessä ääripäässä, toinen oli vastaavasti toisessa samalla ajanhetkellä. Tällaisessa tilanteessa rumpujen hetkellisen sijainnin kvanttimekaaninen epämääräisyys kumoutui, sanoo Aallossa vuodenvaihteessa apulaisprofessorina aloittava Laure Mercier de Lépinay.
Maailmassa on vain kourallinen tutkimusalueella työskenteleviä tutkimusryhmiä, ja Mika A. Sillanpään ryhmä on alueen tutkimuksen etulinjassa. - Jatkamme tutkimusta ja yritämme havaita painovoiman vaikutusta kvanttimekaanisessa järjestelmässä. Se on fysiikan alan suurimpia avoimia kysymyksiä, 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. Mittausjärjestelyt syntyvät pitkälti insinöörityön ja intuition yhteisvaikutuksena. Satunnaisammunnasta ei tule mitään.
Tutkimuksen mukaan suuretkin kappaleet voivat päätyä niin sanottuun lomittuneeseen kvanttitilaan. Nyt tutkitut järjestelmät ovat silti juuri ja juuri paljaalla silmällä nähtävissä. - Ei ole tietoa, onko luonnossa joku toistaiseksi tuntematon mekanismi, joka rajoittaa hyvin isojen kappaleiden kvanttiominaisuuksia, Sillanpää sanoo.
Tutkimus ei tähtää sovelluksiin, mutta mekaaniset värähtelijät voivat auttaa esimerkiksi kvanttitietokoneiden ja -prosessorien yhdistämisessä toisiinsa.
Sillanpään ja Mercier de Lépinayn lisäksi palkitussa tutkimustiimissä olivat mukana Caspar Ockeloen-Korppi, ja kokeen teoreettisen mallin kehittämisestä vastannut tutkija Matt Woolley New South Walesin yliopistosta Canberrasta, Australiasta.
Yllä havainnollinen kuva kvanttirummuista. Kuva: Mika Sillanpään tutkimusryhmä, Aalto-yliopisto.
