Aalto Ülikooli Külmalabori (Low Temperature Laboratory) füüsikud näitasid, et nanomehaanilist ostsillaatorit on võimalik kasutada nõrkade raadio- või mikrolainete detekteerimiseks ja võimendamiseks. Väikese kitarrikeelt meenutava seadmega mõõtmised tekitavad lähtesignaalis vähimat võimalikku häiritust. Tulemused avaldati mainekas Briti teadusajakirjas Nature.
Töötamiseks oli vajalik tuhandiku juuksekarva paksune nanoseade jahutada temperatuurile -273 oC. Nii madalatel temperatuuridel alluvad pea kõik makroskoopilised kehad kvantmehaanika seadustele. Jahutamine oli vajalik selleks, et ligikaudu miljard ostsillaatori aatomit võnguksid ühises kvantolekus samas faasis.
Kvantmehaaniline ostsillaator valmistati nii, et see oli ühenduses ülijuhtiva õõnesresonaatoriga (cavity resonator). Ühenduse tõttu oli süsteemide vahel võimalik võnkumise võimendamiseks vajaliku energia üle kandmine. Protsess sarnaneb kitarrimänguga, mille käigus on pilli keelel ja kõlakastil ühine võnkesagedus. Eksperimendis pärines võnkumiste energia mikrolaine laserilt.
Pooljuhtvõimendid on sageli keerukad seadmed, mis töötavad kvantmehaanilisest müramiinimumist oluliselt kõrgemal müratasemel. Kasutades liitresonaatori võnkumist suutsid Külmalabori teadlased mikrolaine lähtesignaali vähese häiritusega võimendada. Seetõttu on võimalik väga nõrkade signaalide detekteerimine ja võimendamine, mis mattuksid vastasel juhul mürasignaali sisse.
Müra on mõõtmisprotsessides paratamatu kaaslane. Kvantmehaaniliselt vähim võimalik müra pärineb vaakumi kvantfuktuatsioonidest. Eksperimenti läbi viinud teadlase Francesco Masseli sõnul jõuti teoreetilisele piirile väga lähedale.
Avastus oli teadustöö ühe autori Mika Sillanpää sõnul juhuslk:“ Esialgne eesmärk oli nanomehaanilise resonaatori kvant-põhiolekusse jahutamine, mille ka saavutasime. Ent energia allikana kasutatava mikrolainekiirguse teatud sageduse juures täheldasime järsku võimendust. Avastasime peaaegu ideaalse müramiinimumiga kvantvõimendi.“
Reaalsete rakendusreni veel jõutud ei ole. Esialgu rakendatakse avastust ilmselt sarnases teadustöös. Seadme ilu peitub töö kaasautori Tero Heikkilä sõnul selle lihtsuses, koosnedes vaid kahest liidetud ostsillaatorist, mis hõlbustab meetodi kasutamist. Algse ostsillaatori mõõtmeid ja resonantssagedust varieerides on võimalik tuvastada terahertsise sagedusega levivat kiirgust, mis on seni olnud keerukas protseduur.
Allikas: Aalto Ülikool