Suomalaiskeksintö teki läpimurron fysiikassa – ”Hienoa nähdä jotain perustavanlaatuista”

Tieteellisessä puheessa tällaisesta lämmönsiirrosta puhutaan kvanttirajoittuneena lämmönjohtumisena.

– Maksimaalinen tehokkuus tarkoittaa sitä, että yksittäisellä kanavalla lämmönsiirtomenetelmillä on tietty yläraja, jolla lämpöä voidaan siirtää. Voimme nyt siirtää tällä tasolla lämpöä pidempiä matkoja, kertoo tutkimusryhmää johtanut kvanttifyysikko Mikko Möttönen.

Tutkimusryhmän löydös on niin merkittävä, että se ilmestyi tänään kansainvälisessä Nature Physics -tiedejulkaisussa. Julkaisu on fysiikan alan arvostetuin.

10 000-kertainen siirtomatka

Aikaisemmin lämpöä onnistuttiin siirtämään tällä menetelmällä maksimissaan vain hiuksen paksuisen matkan, mutta suomalaisryhmä onnistui siirtämään lämpöä jo metrin verran.

Matka on siis kymmentuhatta kertaa pidempi kuin aiemmin.

– Nyt olemme onnistuneet pidentämään tämän maksimaalisen tehokkaan lämmönsiirron matkan käytännölliselle tasolle. Harva laite tarvitsee yli metrin mittaista lämmönjohtoa, Möttönen kertoo.

Tutkimuksen onnistuminen oli kiinni muutamasta tärkeästä oivalluksesta. Ensimmäinen oli käyttää lämmön siirtämisessä apuna fotoneita. Fotonien tiedetään kuljettavan lämpöä pitkiä matkoja, tuovathan ne auringonvalon Maahankin.

Toinen oivallus oli käyttää fotonien kuljetukseen sähkövastuksetonta, suprajohtavaa linjaa.

Käytännön sovelluksia tiedossa

Menetelmälle on jo pohdittu käytännön sovellutuksia tulevaisuuden huipputehokkaiden kvanttitietokoneiden jäähdyttämisessä.

Kvanttitietokone on jäähdytettävä hyvin matalaan lämpötilaan sen toiminnan mahdollistamiseksi.

Koska kvanttitietokoneiden toiminta perustuu hyvin suljettuun ympäristöön, jäähdytys ei saa häiritä koneen toimintaa. Tutkimusryhmän tutkimalla tekniikalla tämä olisi mahdollista: lämpö johdettaisiin koneesta sopivan tilan saavuttamiseksi, minkä jälkeen lämmönsiirron yhteys tietokoneeseen katkaistaisiin erityisellä kytkimellä.

– Nyt vain yhdistetään nämä työkalut. On hienoa nähdä jotain tieteellisesti perustavanlaatuista, mutta myös se miten sen voi viedä käytäntöön. Ne ovat kolikon kaksi puolta.

"Saa aikaan voittajafiiliksen"

Möttösen tutkimuksia on huomioitu aiemminkin tiedeyhteisön sisällä ja mediassa. Uusi löydös on kuitenkin yhdessä suhteessa poikkeuksellinen aiempiin nähden.

– Tutkimusryhmäni on tehnyt koko tutkimuksen omassa laboratoriossani. Kyllä se saa aikaan voittajafiiliksen, Möttönen kertoo.

Tutkimuksessa käytetty Kvanttilaskennan- ja laitteiden laboratorio sijaitsee Espoon Otaniemessä.