Takaisin

Tutkijat katsoivat kuinka kvanttisolmut purkautuvat

Vasemmalla oleva kvanttisolmu voi hajota mikrosekunneissa ja muodostaa lopulta pyörteen, joka on kuvassa oikealla. Kuva: Tuomas Ollikainen, Aalto-yliopisto.

Tutkijat katsoivat kuinka kvanttisolmut purkautuvat

Tommi Kutilainen

Ensin Aalto-yliopiston ja Amherst Collegen (USA) tutkijat kertoivat kvanttisolmujen olemassaolosta vuonna 2016 ja nyt he katsoivat, kuinka kvanttisolmut purkautuvat.

Tässä hankkeessa tutkittiin kvanttisolmujen käytöstä pitkällä aikavälillä. Kvanttikaasua voidaan sitoa solmuiksi magneettikenttien avulla, ja uudessa tutkimuksessa tutkijat pystyivät ohjaamaan kvanttikaasun tilaa aiempaa tarkemmin. Tämän ansiosta he pystyivät havaitsemaan kvanttikaasun rakenteessa tapahtuvat muutokset, kuten esimerkiksi solmujen hajoamisen itsestään lyhyen ajanjakson aikana ennen muuttumista pyörteeksi.

Tulokset ovat pääosin Aalto-yliopiston tohtoriopiskelija Tuomas Ollikaisen työn tulosta. Hän jakoi aikansa Amherstin ja Aallon välillä. Hän teki kokeellisen osan tutkimuksesta Amherstissa ja palasi Aaltoon analysoimaan dataa ja kehittämään teoriaa.

– Kukaan ei ole pystynyt tutkimaan vastaavien kolmiulotteisten rakenteiden dynamiikkaa kokeellisesti ennen tätä, joten tämä on askel oikeaan suuntaan. Solmun hajoaminen oli yllättävä havainto, sillä kvanttisolmujen tapaiset topologiset rakenteet ovat yleensä poikkeuksellisen vakaita. Tämä on jännittävä löydös koko alan kannalta, koska kvanttikaasujärjestelmissä ei ole aikaisemmin havaittu, että topologinen kvanttirakenne voisi muuttua kolmiulotteisesta yksiulotteiseksi.

Aalto-yliopiston ja Amherst Collegen yhteishankkeessa onnistuttiin havaitsemaan sekä solmimaan kvanttisolmu ensimmäisenä maailmassa vuonna 2016. Käytännössä tällä tarkoitetaan solmuja, jotka on muodostettu kvanttisysteemiä kuvaavassa kentässä.

Tutkimuksen laskennallisessa osuudessa hyödynnettiin CSC:n laskentaresursseja.

– Hyödynsimme tutkimuksessa CSC:n Taito-klusteria kvanttikaasun dynamiikan mallinnuksessa. Tarkemmin ja teknisemmin sanottuna laskimme kuutiollisessa 2003 hilassa kvanttikaasun dynamiikkaa Gross-Pitaevskiin osittaisdifferentiaaliyhtälöihin perustuen. Laskenta-ajan minimoimiseksi supertietokoneen merkitys on erittäin suuri, Ollikainen kertoo.

– Simulaatioiden osuus on hyvin tärkeä kokeellisten tulosten uskottavuuden kannalta, sillä kokeiden analyysi pohjautuu datan vertaamiseen laskennalliseen dataan. Saamme lähes yksi yhteen vastaavuuden kokeiden ja mallinnusten kanssa ja pystymme tämän perusteella päättelemään mitä kvanttikaasussa tapahtuu. Lisäksi yli puolet kyseisen julkaisun kuvapaneeleista on suoraan simulaatiodatasta visualisoitua, mikä osoittaa kuinka tärkeä simulaatioiden rooli on tutkimuksen kannalta.

Lähteinä on käytetty Aalto-yliopiston uutista Tutkijat onnistuivat havaitsemaan kvanttisolmujen purkautumisen (21.10.2019), Science Magazinen artikkelia Researchers watch quantum knots untie ja CSC:n uutista kvanttisolmujen solmimisesta (18.1.2016).

 



comments powered by Disqus