Aalto-yliopiston tutkijat ovat yhteistyössä onnistuneet kehittämään VTT:n ja kvanttialan yritysten Blueforsin ja IQM:n kanssa erittäin tarkan nanolaitteen, jolla pystytään mittaamaan mikroaaltosäteilyn absoluuttista tehoa femtowattiin asti äärimmäisen kylmissä lämpötiloissa. Laite kehitettiin Aallon Kvanttilaskennan ja -laitteiden ryhmässä, joka kuuluu Suomen akatemian Kvanttiteknologian huippuyksikkö QTF:ään.

Kehitetty mittauslaite voi mullistaa mikroaaltosäteilyn mittaamisen esimerkiksi kvanttiteknologisissa sovelluksissa.  Femtowatti on tasoltaan biljoonasosan tyypillisesti tarkkuusmittauksissa käytössä olevasta tehosta.  Tehon mittaamiseen kvanttisovelluksissa käytetään bolometriksi nimettyä laitetta.

Aalto-yliopiston ja VTT:n kvanttiteknologian professori Mikko Möttösen johtama tutkimusryhmä on jo aiemmin kehittänyt äärimmäisen tarkan bolometrin, mutta siihenkin liittyi enemmän epävarmuutta kuin tutkijat toivoivat. Vaikka tutkijat pystyivät havaitsemaan laitteella suhteellista tehotasoa, absoluuttista tehoa ei kuitenkaan kyetty tarkasti mittaamaan.

“Kaupalliset mittarit toimivat tyypillisesti yhden milliwatin mittakaavassa. Tämä bolometri sen sijaan mittaa tarkasti ja luotettavasti jopa yhden femtowatin tasolla tai jopa alle. Se on biljoonasosa tavanomaisissa mittaustekniikoissa käytetystä tehosta”, sanoo kylmälaitteita valmistavan Blueforsin kvanttisovellusten johtaja Russell Lake.

Suurin osa kvanttitutkimuksesta tapahtuu äärimmäisen kylmissä lämpötiloissa, jotka tutkijat saavuttavat kryostaateiksi kutsutuilla superpakastimilla. Myös kokeissa käytettävät energiamäärät ovat äärimmäisen pieniä: kyse voi olla jopa fotonia eli valohiukkasta pienemmästä määrästä energiaa.

“Tarkkoja tuloksia varten kubittien hallintaan tarkoitettujen kaapeleiden täytyy olla äärimmäisen kylmiä eli kokonaan ilman lämpöfotoneita tai ylimääräistä säteilyä. Tällä bolometrillä voimme nyt mitata kaapelien säteilyn tehon ilman, että esimerkiksi kubittipiirit häiritsevät tuloksia”, kertoo Aalto-yliopiston ja VTT:n professori Mikko Möttönen.

Kehitystyö on Aallon ja Blueforsiin yhteistyön tulosta.  Tutkijat käyttivät Espoon Otaniemessä sijaitseva Micronovan puhdashuoneita, jotka kuuluvat kansalliseen OtaNano-tutkimusinfrastruktuuriin. Ensimmäisten Aallolla tehtyjen kokeiden jälkeen Bluefors on myös testannut laitetta onnistuneesti.

“Sensori on laajakaistainen, joka tarkoittaa, että voimme mitata tehotasoa hyvin eri taajuuksilla. Tämä ei ole itsestäänselvyys kvanttiteknologiassa, sillä usein sensorit toimivat vain erittäin kapealla spektrillä”, sanoo Jean-Philippe Girard, Blueforsin tutkija, joka aiemmin työskenteli laitteen parissa Aallossa.

Lisää: Artikkeli Review of Scientific Instruments -tiedelehdessä (LINKKI).