Hoppa direkt till innehållet

Information till studenter och medarbetare med anledning av covid-19 (Uppdaterad: 1 mars 2021)

printicon
Publicerad: 04 jan, 2007

Att känna elektriskt på nanovärlden

NYHET Allting blir mindre – datorer, mobiltelefoner och mp3-spelare. Fler funktioner ryms på ett enda datorchip. Men de minsta byggdelarna beter sig på ett helt annorlunda sätt. Hur detta går att utnyttja och varför vi kan inte ta två vägar samtidigt undersöker Joachim Wabnig i sin avhandling.

Teorin som beskriver de minsta byggdelarnas beteende heter kvantmekaniken. Den beskriver många fysikaliska fenomen med utmärkt precision, men strider mot vår intuition. Till exempel tillåter kvantmekaniken att en partikel inte bara går en väg, utan flera vägar samtidigt. I vardagliga termer betyder det att det skulle vara möjligt att köra t.ex. från Stockholm till Malmö via Jönköping och via Oskarshamn samtidigt.

Man kan i princip utnyttja detta "konstiga" beteende för att bygga en snabbare dator, en så kallad kvantdator. Samma princip som gör det möjligt för en partikel att gå många olika vägar samtidigt, gör det också möjligt att utföra flera beräkningar parallellt. Det i sin tur för med sig att det – än så länge bara i teorin – skulle gå att bygga en dator som är mycket kraftfullare än dagens datorer.

Precis som i en vanlig dator, där den minsta informationsenheten är en bit, som kan ha värdet 0 eller 1, så finns det också en minsta informationsenhet i en kvantdator: en "qubit", som kan ha värdet 0 och 1 samtidigt. Enkla qubits har byggts på många olika sätt i många laboratorier runtom i världen, men det är fortfarande svart att koppla ihop flera qubits. Det är intressant varför vi inte kan se det "konstiga" kvantbeteendet i vårt vardagsliv, vi kan ju faktiskt inte ta två vägar samtidigt. Därför utvecklar många forskare experiment för att hitta gränsen för detta kvantbeteende. De använder så kallade nanomekaniska oscillatorer. En sådan oscillator är som en stämgaffel, men bara en miljondel av en meter stor. Den svänger förstås inte på frekvenser som vi kan höra, utan på radiofrekvenser. Det är inte självklart hur man kan mäta tillståndet av en så liten byggdel som en qubit eller en nanomekanisk oscillator. Eftersom alla delar redan finns på ett datorchip är det enklast att använda en elektrisk ström för mätningen. En teoretisk beskrivning av hur en sådan mätning skulle gå till kan vara till hjälp för att bygga effektivare experiment.

Joachim Wabnig beskriver i sin avhandling hur en qubit och en oscillator växelverkar med en elektrisk ström i en ledare. Han undersöker hur man kan mäta ett tillstånd av en qubit som samtidigt är 0 och 1 och hur själva mätprocessen fungerar. Sedan tittar han på beteendet hos en nanomekanisk oscillator och hur strömmen i en ledare påverkas av de vibrationer som en sådan oscillator utför. Ett sätt att få information om oscillatorn är att titta på bruset i ledaren. Vår vardagliga uppfattning är att brus är störande, men det finns faktiskt mycket information i själva bruset, t.ex. kan man utnyttja bruset för att mäta den lilla oscillatorns temperatur. En bättre förståelse av små "kvantkomponenter" kan leda till snabbare datorer, bättre sensorer och kanske också till en ökad förståelse av kvantmekaniken.

Den 8 januari 2007 försvarar Joachim Wabnig, institutionen för fysik, Umeå universitet, sin avhandling med titeln ”Measuring quantum systems with a tunnel junction”. Disputationen äger rum kl 13.15 i N430, Naturvetarhuset. Fakultetsopponent är professor Ulrich Eckern, Universität Augsburg. Joachim Wabnig kommer ursprungligen från Österrike.

För ytterligare information, kontakta: Joachim Wabnig, institutionen för fysik Telefon: 090-786 50 44
E-post: wabnig@tp.umu.se

Redaktör: Karin Wikman