Havainnekuva kokeesta. Tutkijat käyttivät noin 15 mikrometrin levyisiä rumpukalvoja. Kahden rummun värähtelyistä saatiin luotua yhteinen kvanttitila. Kuva: Aalto-yliopisto / Petja Hyttinen ja Olli Hanhirova, ARKH arkkitehdit.
Havainnekuva kokeesta. Tutkijat käyttivät noin 15 mikrometrin levyisiä rumpukalvoja. Kahden rummun värähtelyistä saatiin luotua yhteinen kvanttitila. Kuva: Aalto-yliopisto / Petja Hyttinen ja Olli Hanhirova, ARKH arkkitehdit.

Hiuksen paksuiset rumpukalvot pysyivät lomittuneina yli puoli tuntia Aalto-yliopiston tutkimuksessa.

Lomittumiseksi kutsuttu kvanttimekaaninen ilmiö on havaittu ensi kertaa niin isoissa kohteissa, että ne voi nähdä. Lähes ihmisen hiuksen levyiset rumpukalvot onnistuttiin saamaan haamuvuorovaikutukseen keskenään, kertoo Aalto-yliopiston tiedote.

Tulevaisuudessa lomittuneita rumpukalvoja voisi käyttää laitteissa, jotka hyödyntävät kvanttiteknologiaa. Näitä ovat esimerkiksi reitittimet tai herkät anturit.

Haamuvaikutus tarkoittaa, että kappaleiden kvanttiominaisuudet riippuvat toisistaan, vaikka kappaleet ovat etäällä toisistaan. Fyysikko Albert Einstein epäili aikoinaan tällaista kaukovaikutusta kuulussa julkaisussa 1935. Sittemmin kaukovaikutus on todennettu useissa kokeissa laboratorioissa ja avaruudessakin.

Myöhemmin tätä ilmiötä alettiin kutsua lomittumiseksi. Ilmiössä hiukkaset vaikuttavat toisiinsa mielivaltaisten etäisyyksien päästä. Se sotii arkijärjen ja klassisen fysiikan teorioita vastaan.

Lomittuminen on luonut perustan kvanttiteknologioiden, muun muassa kvanttitietokoneiden kehitykselle. Ne voivat mullistaa ennen pitkää tietojenkäsittelyn ja tietoliikenteen.

Ympäristön häiriöt, etenkin lämpöliike, rikkovat lomittumisen hyvin herkästi. Kvanttifysiikan tutkijat ovat siksi pitäneet lomittuneen tilan luomista kahden atomia isomman kappaleen välillä erittäin haastavana.

Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan laitoksen professorin Mika Sillanpään ryhmä on nyt kuitenkin osoittanut, että lomittuminen voidaan saada aikaan silmin havaittavien kappaleiden kesken. Tutkimuksen julkaisi Nature-lehti.

Kokeissa käytettiin kahta värähtelevää rumpukalvoa, jotka oli valmistettu alumiinista piisirulle. Rummut ovat valtavia verrattuna atomien kokoluokkaan. Leveydeltään ne vastaavat ohutta hiusta.

”Värähtelevät kappaleet saadaan lomittuneeseen kvanttitilaan suprajohtavan, mikroaaltotaajuisen antennin avulla. Sähkömagneettiset kentät toimivat alustana, joka imee rumpukalvojen liikkeestä lämpöhäiriöitä. Se jättää jäljelle heikot kvanttimekaaniset värähtelyt”, selittää Sillanpää Aalto-yliopiston tiedotteessa.

Häiriöiden eliminointi on ensiarvoisen tärkeää. Siksi mittaukset tehtiin hyvin matalassa lämpötilassa, lähellä absoluuttista nollapistettä. Se on −273,15 astetta Celsiusta. Suprajohtavassa antennissa sähkö kulkee vastuksetta.

Rumpukalvot pysyivät mittauksissa lomittuneessa kvanttitilassa jopa puoli tuntia. Alkeishiukkasilla lomittuminen on mittauksissa kestänyt vain sekunnin murto-osia.

”Lomittuneiden kvanttitilojen tuottaminen laboratoriossa on vaikeaa. Sekä kappaleiden koko että lomittuneen kvanttitilan kesto tässä tehdyssä kokeessa ovat ällistyttäviä”, kommentoi tutkimusta teoreettisen fysiikan dosentti Teiko Heinosaari Turun yliopistosta.

”​Lomittuneita kvanttitiloja voidaan käyttää sekä tavallisen informaation että kvantti-informaation ​käsittelyssä monella tavalla. Työ avaa täysin uusia mahdollisuuksia käyttää rumpukalvoja kvantti-informaatiossa”, Heinosaari sanoo.

”Seuraavaksi aiomme yrittää mekaanisten kvanttitilojen teleportaatiota. Kvanttiteleportaatiossa kappaleiden ominaisuudet voidaan haamuvuorovaikutuksen avulla siirtää mielivaltaisen kauas”, kertoo Aalto-yliopiston tutkijatohtori Caspar Ockeloen-Korppi, artikkelin pääkirjoittaja.

Taiteilijan näkemys supermassiivisesta mustasta aukosta. Se ahmii ainetta ja säteilee hurjasti. Kuva: Nasa
Taiteilijan näkemys supermassiivisesta mustasta aukosta. Se ahmii ainetta ja säteilee hurjasti. Kuva: Nasa

Eniten silti luettiin uutista Pääsiäissaaren patsaiden kivihatuista.  

1. Pääsiäissaaren kivihattujen arvoitus ratkesi

Muinaiset pääsiäissaarelaiset hyödynsivät fysiikkaa nokkelasti.

2. Suomalaisten yleisin veriryhmä altistaa ärjylle ripulille

Tietty kolibakteeri tarttuu suoliston seinämään herkemmin, jos henkilö kuuluu A-veriryhmään.

3. Hivin siedon salaisuus alkaa paljastua

Prosentin murto-osalla hiv-tartunnan saaneista on poikkeuksellisia tappajasoluja, jotka ilmeisesti vangitsevat sairastuneet solut imukudokseen.

4. Afrikan vanhimmat apinanleipäpuut kuolevat oudosti

Kolmestatoista vanhimmasta yhdeksän on kuollut täysin tai osittain viime vuosikymmenen aikana.

5. Alzheimer voi vaeltaa kuin syöpä

Tautiproteiinia valmistuu elimistössä muuallakin kuin aivoissa.

6. Kivikauden heimosodat niittivät valtaosan miehistä

Tappamisen jäljet näkyvät yhä geeneissämme, osoittaa Stanfordin yliopiston uusi tutkimus.

7. Ihminen haistaa toisen pelon

Hammaslääkäriopiskelijat tekivät enemmän virheitä, kun he harjoittelivat operaatioita nukella, jolle oli puettu ahdistuneen ihmisen aiemmin käyttämä paita.

8. Suurtutkimus laittoi huumeet vaarallisuusjärjestykseen

Huumeista ”taikasienet” vievät käyttäjiä vähiten sairaalaan, kertoo maailmanlaajuinen kyselytutkimus.

9. Silmälasit saattavat todella kieliä älystä

Älykkyyteen vaikuttavat geenit ovat yhteydessä myös huonompaan näkökykyyn.

10. Hirviömäinen musta aukko kasvaa ennätysvauhdilla

Musta aukko nielee Auringon verran massaa kahdessa päivässä.

Tiede-lehden päivittäiset tiedeuutiset jäävät kesätauolle ja palaavat 1. elokuuta.

Ilmaviljely vauhditti siemenperunoiden tuotantoa.

Uusi suomalainen varhaisperuna Jussi tuli markkinoille kolme vuotta sitten. Lajike osoittautui niin suosituksi, että siemenperunat ovat kahtena keväänä loppuneet kesken. Vasta täksi kaudeksi sitä oli ammattiviljelijöille riittävästi, 500 tonnia.

Suuri kysyntä yllätti kaikki.

Jussin siemeniä alettiin kasvattaa Suomen siemenperunakeskuksessa myös aeroponisesti, ilman multaa, koska niitä piti saada viljelijöille paljon ja nopeasti. Perinnäisellä tavalla olisi saatu riittävä määrä siemenperunoita viidessä vuodessa, mutta uusi ilmaviljelymenetelmä nopeutti tuotantoa.

Aeroponisten perunoiden varret varttuvat luonnonvalossa tai ledien loisteessa kaapin päällä, juuret ja maavarret taas venyvät kaapin sisällä pimeässä. Juuristoon ja mukulavyöhykkeelle vain ruiskutetaan ajoittain ravinnesumua.

Jos mukulat poimitaan 30–35-millisinä, kasvi innostuu tekemään niitä jatkuvasti lisää. Kasvi ei ymmärrä vanheta vaan kasvaa ja kasvaa. 

Keskimäärin menetelmä kymmenkertaistaa sadon. Jos turpeessa kehittyy vaikka kolme mukulaa, aeroponisesti niitä syntyy vähintään 30.

Työläs jalostaa

Ajatus uudesta suomalaista perunalajikkeesta syntyi toistakymmentä vuotta sitten. Tavoitteena oli kehittää kaunis, maukas, satoisa ja aikaisen kevään kylmässä maassa selviävä peruna. Sen piti myös kestää tauteja ja soveltua Suomen lyhyeen kasvukauteen ja runsaaseen valoon.

Helpommin sanottu kuin tehty. Perunan perimä sisältää neljä versiota jokaisesta geenistä, kun esimerkiksi ihmisellä niitä on kaksi. Tämän vuoksi kahden perunalajikkeen risteyttäminen tuottaa tuhansia erilaisia vaihtoehtoja. Jotta kaikki halutut ominaisuudet saadaan samaan kasviin, tarvitaan runsaasti jälkeläisiä, joista karsia.

Vuosien jalostustyö tuotti Jussin. Muutamassa vuodessa se on kahmaissut kolmasosan varhaisperunan 800 viljelyalasta. Kahdella muulla kolmanneksella kasvaa Timoa ja saksalaista Solistia. 

Missään muualla kuin Suomessa ja Ruotsissa ei kuitenkaan ymmärretä varhaisperunan arvoa. Jussi sai nimensäkin siitä, että sitä on tarkoitus syödä juhannuksena.

 

Lue lisää

Kesäkuun Tiede-lehdessä on pitkä artikkeli, jossa tiedetoimittaja Arja Kivipelto kertoo, miten uuden perunalajikkeen kehitys ideasta lautasille eteni. Hän kertoo myös, mistä peruna on peräisin – ja miten ja miksi se valloitti maailman.

Jos aihe kiinnostaa, käy ostamassa paperilehti tai iPad-digilehti.

Jos olet Sanoman jonkin aikakauslehden tilaaja, voit lukea artikkelin kirjautumalla tilaajatunnuksillasi Digilehdet-palveluun

Ellet ole vielä aktivoinut digilukuominaisuutta, tee se osoitteessa https://oma.sanoma.fi/aktivoi/digilehdet. Aktivoinnin jälkeen pääset kirjautumaan suoraan digilehdet.fi-palveluun.

Ellet ole tilaaja, voit hyödyntää maksutonta tutustumistilausta, joka tarjoaa neljän viikon lukuoikeuden Tiede-lehden artikkeleihin.

Pääset tekemään tilauksen klikkaamalla tätä artikkelilinkkiä