De kwantumfysica verlaat het laboratorium en komt in het dagelijks leven. Ondanks de kopresultaten over kwantumcomputers die problemen oplossen die onmogelijk zijn voor klassieke computers, technische uitdagingen staan ​​in de weg om de kwantumfysica in de echte wereld te krijgen. Nieuw onderzoek gepubliceerd in Natuurcommunicatie van teams van Aalto University en Lund University zou een belangrijk hulpmiddel kunnen zijn in deze zoektocht.

Een van de open vragen in het kwantumonderzoek is hoe warmte en thermodynamica samengaan met kwantumfysica. Dit onderzoeksgebied van kwantumthermodynamica is een van de gebieden die professor Jukka Pekola, de leider van het QTF Centre of Excellence van de Academie van Finland, heeft gewerkt in zijn loopbaan. "Dit veld werd gedomineerd door theorie, en pas nu beginnen er belangrijke experimenten op te komen, ", zegt professor Pekola. Zijn onderzoeksgroep is begonnen met het maken van kwantumthermodynamische nanodevices die experimenteel open vragen kunnen oplossen.

kwantumtoestanden, zoals degenen die de qubits besturen die kwantumcomputers aandrijven, interactie met hun omgeving, en deze interacties zijn waar de kwantumthermodynamica zich mee bezighoudt. Het meten van deze systemen vereist de detectie van energieveranderingen die zo uitzonderlijk klein zijn dat ze moeilijk te onderscheiden zijn van achtergrondfluctuaties, zoals proberen te bepalen of een kaars in een kamer is uitgeblazen met alleen een thermometer. Een ander probleem is dat kwantumtoestanden kunnen veranderen wanneer ze worden gemeten, gewoon omdat ze zijn gemeten. Dit is analoog aan het laten koken van een kopje water door er een thermometer in te plaatsen. Het team moest een thermometer maken die zeer kleine veranderingen kon meten zonder de kwantumtoestanden die ze van plan waren te meten te verstoren.

Promovendus Bayan Karimi werkt in QTF en Marie Curie opleidingsnetwerk QuESTech. Haar apparaat is een calorimeter, die de warmte in een systeem meet. Het gebruikt een strook koper die ongeveer 1000 keer dunner is dan een mensenhaar. "Onze detector absorbeert straling van de kwantumtoestanden. Er wordt verwacht dat het zal bepalen hoeveel energie ze hebben, en hoe ze omgaan met hun omgeving. Er is een theoretische limiet aan hoe nauwkeurig een calorimeter kan zijn, en ons apparaat bereikt nu die limiet, ' zegt Karimi.