Een team wetenschappers in Finland heeft een energiepuls gedetecteerd kleiner dan een zeptojoule, minder dan een biljoenste van een miljardste joule. Dat is ongeveer de energie die nodig is om één rode bloedcel één nanometer op te tillen in de zwaartekracht van de aarde. De meting is een van de kleinste energiesignalen ooit geregistreerd.
Een sensor gemaakt van twee soorten metaal
Het apparaat is een calorimeter, een instrument dat kleine veranderingen in warmte meet. Onderzoekers van Aalto University, samen met het quantumcomputingbedrijf IQM en het Technical Research Centre of Finland (VTT), bouwden de sensor uit een combinatie van supergeleiders en normale geleiders. Supergeleiders laten elektriciteit stromen zonder weerstand. Normale geleiders bieden weerstand. Die mix maakt supergeleiding kwetsbaar. Zelfs een lichte temperatuurstijging verzwakt het meteen. Het team stuurde een microgolfpuls de sensor in en filterde het signaal zorgvuldig. Ze bevestigden dat ze een elektromagnetische puls van 0,83 zeptojoule hadden gedetecteerd. Volgens de onderzoekers is dit de eerste keer dat een calorimetrisch apparaat zo'n gevoeligheid heeft bereikt.
Waarom dit belangrijk is voor quantumcomputers en donkere materie
De doorbraak zou wetenschappers uiteindelijk in staat kunnen stellen om individuele fotonen te tellen, een lang gekoesterd doel in quantumtechnologie en astrofysica. Fotonen zijn de deeltjes die licht dragen, en ze een voor een tellen zou onderzoekers een nieuw niveau van controle over quantumsystemen geven. Dezelfde precisie kan helpen bij het verbeteren van quantumcomputers, die afhankelijk zijn van het manipuleren van kleine energietoestanden. De sensor zou ook kunnen helpen bij het detecteren van donkere materiedeeltjes uit de ruimte. Het team wil de opstelling geschikt maken voor het meten van signalen die op elk moment binnenkomen, wat belangrijk is voor het detecteren van axionen van donkere materie.
Wat komt er nu
Het onderzoek werd geleid door Academy Professor Mikko Möttönen van Aalto University. De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Electronics. De sensor werkt bij ultrakoude temperaturen en vertrouwt op de kwetsbare aard van supergeleiding. Het team zegt dat de volgende stap is om de detector te laten werken met willekeurige invoertiming. Dat zou de deur openen naar praktische toepassingen in quantumcomputing en de zoektocht naar donkere materie. Voor nu staat de sensor als een record in gevoeligheid, een instrument dat energie kan meten op een schaal die ooit buiten bereik lag.
