Kvantfysiken flyttar ut från laboratoriet och in i vardagen. Trots rubrikresultat om kvantdatorer som löser problem som är omöjliga för klassiska datorer, tekniska utmaningar står i vägen för att få in kvantfysiken i den verkliga världen. Ny forskning publicerad i Naturkommunikation från team vid Aalto -universitetet och Lunds universitet kan ge ett viktigt verktyg i denna strävan.

En av de öppna frågorna inom kvantforskning är hur värme och termodynamik samexisterar med kvantfysik. Detta forskningsfält av kvanttermodynamik är ett av områdena professor Jukka Pekola, ledare för Finlands Akademis QTF Center of Excellence, har arbetat med i sin karriär. "Detta område har dominerats av teori, och först nu börjar viktiga experiment dyka upp, " säger professor Pekola. Hans forskargrupp har börjat skapa kvanttermodynamiska nanoenheter som experimentellt kan lösa öppna frågor.

Kvanttillstånd, som de som styr qubitarna som driver kvantdatorer, interagera med sin omvärld, och dessa interaktioner är vad kvanttermodynamiken sysslar med. Att mäta dessa system kräver detektering av energiförändringar så exceptionellt små att de är svåra att välja ut från bakgrundsfluktuationer, som att försöka avgöra om ett ljus i ett rum har blåst ut med enbart en termometer. Ett annat problem är att kvanttillstånd kan förändras när de mäts, helt enkelt för att de har mätts. Detta är analogt med att få en kopp vatten att koka genom att sätta en termometer i den. Teamet var tvungen att göra en termometer som kunde mäta mycket små förändringar utan att störa något av de kvanttillstånd de planerar att mäta.

Doktoranden Bayan Karimi arbetar i QTF och Marie Curie utbildningsnätverk QuESTech. Hennes enhet är en kalorimeter, som mäter värmen i ett system. Den använder en kopparremsa som är cirka 1000 gånger tunnare än ett människohår. "Vår detektor absorberar strålning från kvanttillstånden. Det förväntas avgöra hur mycket energi de har, och hur de interagerar med sin omgivning. Det finns en teoretisk gräns för hur exakt en kalorimeter kan vara, och vår enhet når nu den gränsen, säger Karimi.