Aalto-yliopiston fyysikot kumosivat puoli vuotta sitten kvanttimekaniikan perusperiaatteen kvanttirummuilla. Nyt saavutus on noteerattu Physics World -lehden tutkimusläpimurtona maailmassa. Suomalaisryhmän kanssa palkittiin myös yhdysvaltalaisen NIST-tutkimuslaitoksen tutkimusryhmä, joka tutkii myös kvanttilomittumista.
Physics Worldin aiemmin palkittuja ovat muun muassa ensimmäisen mustasta aukosta otetun kuvan sekä Nobelin palkinnonkin saaneen havainnon gravitaatioaalloista, joka sai sittemmin myös Nobelin palkinnon.
Nyt lehti on valinnut Aalto-yliopiston professori Mika A. Sillanpään johtaman tutkimustiimin julkaiseman artikkelin vuoden tärkeimmäksi fysiikan alan tutkimusläpimurroksi. Palkitussa tutkimuksessa fyysikot onnistuivat mittaamaan samanaikaisesti kvanttirumpukalvojen paikan ja nopeuden – minkä 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. Kerroimme tutkimuksesta (LINKKI) heti tuoreeltaan.
Maailmassa on vain kourallinen tutkimusalueella työskenteleviä tutkimusryhmiä, ja Mika A. Sillanpään ryhmä on sen etulinjassa. Tutkimus ei tähtää sovelluksiin, mutta mekaaniset värähtelijät voivat auttaa esimerkiksi kvanttitietokoneiden ja -prosessorien yhdistämisessä toisiinsa.
Professori Mika Sillanpään ja Aallossa vuodenvaihteessa apulaisprofessorina aloittava Laure Mercier de Lépinay lisäksi palkitussa tutkimustiimissä olivat mukana Caspar Ockeloen-Korppi, ja kokeen teoreettisen mallin kehittämisestä vastannut tutkija Matt Woolley New South Walesin yliopistosta Canberrasta, Australiasta.
Taustaa: Kvanttirumpututkimuksessa on käytetty Aallon ja VTT:n yhteistä OtaNano-tutkimusinfrastuktuuria. Sillanpään ryhmä kuuluu Suomen Akatemian Kvanttiteknologian huippuyksikköön (QTF) ja kansalliseen kvantti-instituuttiin (InstituteQ). Sillanpää johtaa myös Euroopan tutkimusneuvoston (ERC) rahoittamaa hanketta, jossa tavoitteena on todeta painovoiman vaikutus kahden kultapallon kvanttimekaanisiin tiloihin ja värähtelyyn hyvin pienessä mittakaavassa ja äärimmäisen matalissa lämpötiloissa. Sillanpää on Aallon teknillisen fysiikan laitoksen professori ja Quantum Nanomechanics -tutkimusryhmän vetäjä.
Kuva: Kvanttirumpuja. Kuva: Mika Sillanpään tutkimusryhmä, Aalto-yliopisto.