Veel moderne technologische ontwikkelingen en apparaten zijn gebaseerd op het begrijpen van de kwantummechanica. In vergelijking met halfgeleiders, harde schijven of lasers, kwantumapparaten zijn anders in die zin dat ze rechtstreeks gebruikmaken van kwantumtoestanden. Een groot doel van het veld is om een ​​werkende kwantumcomputer te ontwikkelen waarvan de theorie is dat deze beter presteert dan traditionele computers in bepaalde moeilijke rekentaken. Onderzoekers van de University of Oulu en Aalto University hebben een overzichtsartikel gepubliceerd over natuurkunde gerelateerd aan kwantumapparaten in Rapporten over vooruitgang in de natuurkunde .

Een centraal concept in de kwantummechanica is dat van het energieniveau. Wanneer een kwantummechanisch systeem zoals een atoom een ​​hoeveelheid energie uit licht absorbeert, het wordt opgewonden van een lager naar een hoger energieniveau. Het veranderen van de scheiding tussen de energieniveaus wordt frequentiemodulatie genoemd. In kwantumapparaten, frequentiemodulatie wordt gebruikt bij het regelen van interacties, het induceren van overgangen tussen kwantumtoestanden en het construeren van kunstmatige energiestructuren.

"De basis van kwantummechanische frequentiemodulatie is bekend sinds de jaren 1930. Echter, de doorbraak van verschillende kwantumtechnologieën in de jaren 2000 heeft geleid tot een behoefte aan betere theoretische hulpmiddelen voor de frequentiemodulatie van kwantumsystemen, " zegt Matti Silveri, momenteel een postdoctoraal onderzoeker van de Universiteit van Oulu.

Het begrijpen en gebruiken van frequentiemodulatie is belangrijk voor het ontwikkelen van nauwkeurigere kwantumapparaten en snellere kwantumpoorten voor kleinschalige kwantumcomputers in de nabije toekomst. Het onderzoeksgebied van kwantumapparaten en computers groeit snel en heeft onlangs investeringen aangetrokken van grote technologiebedrijven zoals Google, Intel, IBM en Microsoft.

"We wilden de recente experimentele en theoretische vooruitgang bekijken met verschillende soorten kwantumsystemen onder frequentiemodulatie. We hopen het onderzoek op dit gebied te versnellen, ", zegt docent Sorin Paraoanu van Aalto University.

Het artikel bespreekt de fysica van frequentiemodulatie in supergeleidende kwantumcircuits, ultrakoude atomen, stikstof-vacaturecentra in diamant- en nano-elektromechanische resonatoren. Met deze platformen energieniveaus kunnen nauwkeurig worden gemoduleerd met spanning, microgolven of lasers in experimentele instellingen. De theoretische resultaten van het artikel zijn algemeen en kunnen worden toegepast op verschillende kwantumsystemen.