Ein Forscherteam in Finnland hat einen Energiepuls von weniger als einem Zeptojoule nachgewiesen, also weniger als ein Billionstel eines Milliardstels Joule. Das entspricht in etwa der Energie, die nötig ist, um eine einzelne rote Blutkörperchen im Erdschwerefeld einen Nanometer anzuheben. Die Messung ist eines der winzigsten je aufgezeichneten Energiesignale.
Ein Sensor aus zwei Metallsorten
Das Gerät ist ein Kalorimeter, ein Instrument, das winzige Wärmeveränderungen misst. Forscher der Aalto-Universität haben zusammen mit dem Quantencomputing-Unternehmen IQM und dem Technischen Forschungszentrum Finnland (VTT) den Sensor aus einer Kombination von Supraleitern und normalen Leitern gebaut. Supraleiter lassen Strom ohne Widerstand fließen. Normale Leiter setzen ihm Widerstand entgegen. Diese Mischung macht die Supraleitung empfindlich. Schon ein leichter Temperaturanstieg schwächt sie sofort. Das Team schickte einen Mikrowellenpuls in den Sensor und filterte das Signal sorgfältig. Sie bestätigten, dass sie einen elektromagnetischen Puls von 0,83 Zeptojoule nachgewiesen hatten. Laut den Forschern ist dies das erste Mal, dass ein kalorimetrisches Gerät eine solche Empfindlichkeit erreicht hat.
Warum das für Quantencomputer und Dunkle Materie wichtig ist
Der Fortschritt könnte Wissenschaftlern irgendwann ermöglichen, einzelne Photonen zu zählen, ein langjähriges Ziel in der Quantentechnologie und Astrophysik. Photonen sind die Teilchen, die Licht tragen, und das Zählen einzelner Photonen würde Forschern eine neue Kontrollebene über Quantensysteme geben. Dieselbe Präzision könnte helfen, Quantencomputer zu verbessern, die auf der Manipulation winziger Energiezustände beruhen. Der Sensor könnte auch helfen, Dunkle-Materie-Teilchen aus dem Weltraum nachzuweisen. Das Team möchte die Anordnung so erweitern, dass sie Signale messen kann, die zu jeder Zeit eintreffen, was für den Nachweis von Dunkle-Materie-Axionen wichtig ist.
Was als Nächstes kommt
Die Forschung wurde von Akademieprofessor Mikko Möttönen an der Aalto-Universität geleitet. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Electronics veröffentlicht. Der Sensor arbeitet bei extrem niedrigen Temperaturen und beruht auf der empfindlichen Natur der Supraleitung. Das Team sagt, der nächste Schritt sei, den Detektor mit beliebigem Eingangszeitpunkt arbeiten zu lassen. Das würde die Tür zu praktischen Anwendungen in der Quantencomputing und der Suche nach Dunkler Materie öffnen. Vorerst bleibt der Sensor ein Rekord in Sachen Empfindlichkeit, ein Werkzeug, das Energie in einer Größenordnung messen kann, die einst unerreichbar war.
