Tällä hetkellä lukuisat lupaavat tutkimusalat yrittävät käyttää kvanttimekaanisia systeemejä ja monet yritykset rakentavat laitteita, jotka hyödyntävät kvantti-ilmiöitä. Koska valokvantteja eli fotoneja on tutkittu jo vuosikymmenten ajan, kykymme hyödyntää niiden ominaisuuksia on erinomainen. Viime aikoina onkin perustettu myös yrityksiä, jotka kehittävät fotoneita käyttäviä kvanttitietokoneita ja laitteita kvanttiviestintään fotoneilla.
Monissa fotoneita hyödyntävissä kvanttiteknologian sovelluksissa laitteen toiminnan mahdollistaa niin kutsuttu kvantti-interferenssi. Vaikka tätä tärkeää ilmiötä on tutkittu aiemmin monessa eri kontekstissa, fotonien poikittaisrakenteissa sitä on tutkittu vain muutamassa kokeessa. Koska fotonien poikittaisrakenteet ovat osoittautuneet hyödyllisiksi aiemmissa eri aiheisiin liittyvissä tutkimuksissa, voisi olla mahdollista, että nämä hyödyt pystyttäisiin valjastamaan myös kvantti-interferenssissä.
Väitöskirjassaan Markus Hiekkamäki tutkii uusia tapoja kvantti-interferenssin kontrolloimiseksi fotonien eri poikittaisrakenteiden välillä. Hän käytti näitä metodeja ohjatakseen kahden fotonin keskinäistä interferenssiä. Tämän lisäksi Hiekkamäki valmisti interferenssin avulla valon kvanttitiloja, joita hän hyödynsi fotonien muiden ominaisuuksien tutkimisessa. Hän tutki myös näiden kvanttitilojen tarjoamia hyötyjä mittaustekniikoissa.
– Väitöskirjatutkimuksessani näytin ensin, miten kvantti-interferenssiä pystyy kontrolloimaan monen eri fotonin poikittaismuodon välillä. Tämän jälkeen hyödynsin tätä ilmiötä tutkiessani fotonien Gouy vaihetta ja valon kvanttitilojen toimivuutta pyörimisen mittaamiseen, Hiekkamäki sanoo.
Hiekkamäki näyttää väitöskirjassaan esittämissään kokeissa esimerkkejä siitä, millaisilla valon kvanttitiloilla voisi mitata tiettyjä parametreja laser-valoa paremmalla tarkkuudella. Esimerkkeinä hän käyttää pyörimisen mittaamista sekä siirtymän mittaamista.
– Toivoisin, että väitöskirjassani esitelty teoria, menetelmät ja kokeet auttavat muita tutkijoita rakentamaan uusia työkaluja ja viemään eteenpäin omia tutkimuksiaan valon eri kvanttitiloista, Hiekkamäki lisää.
Nokialta kotoisin oleva Markus Hiekkamäki työskentelee tutkijana kokeellisen kvanttioptiikan ryhmässä Tampereen yliopistossa.
Väitöstilaisuus perjantaina 1. syyskuuta
Diplomi-insinööri Markus Hiekkamäen fysiikan alaan kuuluva väitöskirja Quantum Interference in Transverse Spatial Modes of Photons tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 01.09.2023 kello 12 Hervannan kampuksella Tietotalossa, luentosalissa TB109 (Korkeakoulunkatu 1, Tampere). Vastaväittäjänä toimii Associate Professor Jonathan Leach Heriot-Watt yliopistosta. Kustoksena toimii Associate Professor Robert Fickler tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnasta.
Seuraa väitöstilaisuutta etäyhteydellä.
Kuva: Mona Pulst