Kun fysiikka menee oudoksi (ja se on mahtavaa)

Kuvittele kristalli, joka ei toista kuviotaan tilassa. Sen sijaan se toistaa niitä ajassa. Ja tämä jatkuu ikuisesti ilman pisaraakaan energiaa.

Kuulostaa höpsöltä? Niin se onkin. Mutta totta se on, ja tutkijat juuri loivat jotain uskomatonta sen avulla.

Outo alkuperä

Vuonna 2012 Nobel-voittaja Frank Wilczek heitti ilmoille villin ajatuksen. Kvanttijärjestelmät voisivat muodostaa kuvioita, jotka pyörivät loputtomiin. Nämä eivät toistu tilassa vaan ajassa. Siksi nimi: aikakiteet.

Parasta? Ne tekevät tämän lepotilassaan, ilman ulkopuolista energiaa. Vain jatkuvaa, toistuvaa liikettä. Vuosia fyysikot epäilivät, voiko tällainen olla olemassa käytännössä. Vuonna 2016 todistettiin: kyllä voi. Mutta mitä niillä tekee?

Yllättävä läpimurto

Nyt homma lämpenee. Aalto-yliopiston tiimi, johtajanaan Jere Mäkinen, teki mahdottomalta tuntuneen: he kytki aikakiteen ulkoiseen laitteeseen.

Eihän tämä pitäisi toimia. Aikakiteiden juju on eristyneisyys. Ulkomaailman häiriö pilaa ikuisen liikkeen. Siksi ne piti laboratorion erikoisuuksiksi.

Suomalaiset keksivät ratkaisun.

Näin he rakensivat sen

Tiimi valitsi epätavallisen tien. He ottivat helium-3-superfluudin, jäähdytettynä lähelle absoluuttista nollapistettä – jäätävän kylmää kamaa. Sitten he ampaisivat siihen radiotaajuuksia. Näin syntyi magnoneiksi kutsuttuja kvanttihiukkasia, jotka alkoivat pomppia.

Taika tapahtui, kun radiotaajuudet sammutettiin. Magnonit järjestäytyivät itsekseen aikakiteeksi. Se pyöri minuutteja. Yli 100 syklin verran.

Ei ehkä paljon, mutta kvanttimaailmassa se on ikuisuus. Upea saavutus.

Optomekaniikan käänne

Aikakide heikkeni hitaasti, ja se alkoi vuorovaikuttaa lähellä olevan mekaanisen oskillaattorin kanssa – pienen värisevän pallon. Vuorovaikutus muistutti optomekaniikkaa.

Tiedättekö gravitaatioaaltoja mittaavat laitteet? Ne, jotka toivat Nobelin? Niissä käytetään optomekaniikkaa. Aaltolaiset huomasivat: aikakide noudattaa samoja kaavoja.

Tämä muuttaa kaiken. Aikakiteet eivät ole enää pelkkiä teorioita. Ne linkittyvät tuttuun fysiikkaan, jota osataan säätää. Nyt voi ohjata aikakiteen ominaisuuksia oskillaattorilla.

Miksi tämä kiinnostaa sinua

Jotkut kvanttijutut liitettiin toisiinsa. Miksi välittää?

Kvanttilaskenta: Aikakiteet voivat mullistaa kvanttimuistin. Tavalliset kvantit hajoavat heti. Nämä kestävät paljon pidempään. Kuvittele muisti, joka pysyy hengissä eikä ränsisty.

Yksityiskohtaiset anturit: Niistä voi tehdä taajuuskampoja herkkiin mittareihin. Sellaisia, jotka tekevät nykytekniikasta kömpelön lämpömittarin.

Mahdollisuudet ovat isot. Ei vielä kaupoissa, mutta ei pelkkää teoriaa. Edistysaskel.

Todellinen opetus

Minua kiehtoo eniten, että fyysikot rikkoivat oman sääntönsä. Aikakiteet toimivat eristyksissä. Nyt ne toimivat yhteydessä ulkomaailmaan – oikein tehtynä.

Läpimurrot syntyvät näin. Joku sanoo "ei onnistu", toinen vastaa "entä jos kokeillaan näin?".

Seuraavaksi optimoidaan. Kestävätkö pidempään? Ohjautuvatko paremmin? Voivatko ne viedä kvanttilaskennan uudelle tasolle?

Vastauksia ei ole. Mutta nyt voi kysyä.