Onderzoeksgroepen van de Aalto University en de University of Jyväskylä hebben een nieuwe microgolfmeetmethode gedemonstreerd die de kwantumlimiet van de meting bereikt en overtreft. De nieuwe methode kan mogelijk worden gebruikt bij bijvoorbeeld quantum computing en het meten van zwaartekrachtsgolven. De resultaten zijn gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven op 6.3.2017, een van de meest prestigieuze natuurkundetijdschriften.

Volgens het onzekerheidsprincipe van Heisenberg in de kwantummechanica, een waarnemer kan niet tegelijkertijd nauwkeurige informatie verkrijgen over zowel de positie als het momentum van een deeltje. Dit principe stelt een fundamentele limiet voor elke meting. In de kwantummechanica zelfs licht, of meer in het algemeen elektromagnetische golven, kan worden weergegeven door deeltjes, fotonen, en dus is hun detectie onderworpen aan het onzekerheidsbeginsel. Zonder enige onzekerheden, zelfs de zwakste signalen zouden kunnen worden gemeten en bijvoorbeeld het mobiele telefoonnetwerk zou overal ter wereld kunnen werken met één enkel toegangspunt.

Voor radio- en microgolven gebruikt in telecommunicatie, de meetonzekerheden zijn het gevolg van de technische onvolkomenheden. Ze vormen veel serieuzere beperkingen voor het meten van signalen dan de kwantumlimiet. Echter, de kwantumlimiet van microgolfmetingen is tot nu toe bereikt met supergeleidende circuits die worden gebruikt in kwantumcomputers. In eerder gerelateerd onderzoek, De groepen Aalto en Jyväskylä benaderden het van dichtbij door microgolfresonatoren te combineren met vibrerende nanodrums.

Tot de kwantumlimiet en verder met nanodrums

De groepen gebruiken een nieuwe techniek om hun nanodrums aan te drijven om een ​​meting te realiseren die zelfs de kwantumlimiet overschrijdt. Voor het deeltje zou dit mogelijk zijn door alleen de positie of het momentum te meten, en het volledig weggooien van de informatie over de andere eigenschap. "Voor een lichtgolf, toegang tot slechts een deel van de golf en het weggooien van de informatie in het andere deel realiseert een analoge meting", legt Caspar Ockeloen-Korppi uit, wie de meting deed met behulp van de nanodrums.

De onderzoeksgroepen hebben het meetschema gepatenteerd. Professor Mika Sillanpää, die het onderzoek leiden, benadrukt de mogelijke toepassingsgebieden:"Het kan worden gebruikt bij het verkrijgen van toegang tot kleine signalen, bijvoorbeeld in kwantumcomputers en misschien ook bij het meten van zwaartekrachtsgolven."

Naast Ockeloen-Korppi en Sillanpää, het onderzoeksteam bestond uit Juha-Matti Pirkkalainen, Erno Damskägg, Tero Heikkilä en Francesco Massel. Het werk werd gedaan in het Academy of Finland Centre of Excellence on Low Temperature Quantum Phenomena and Devices, en het werd ook gedeeltelijk gefinancierd door de European Research Council.