Aalto-yliopiston tutkijat kehittävät erittäin herkkää kvantti-ilmaisinta osoittaakseen pimeän aineen näkymättömän halosignaalin olemassaolon. Miljoonien eurojen eurooppalaisessa DarkQuantum-hankkeessa käytetään viimeisintä kvanttiteknologiaa. Aalto-yliopiston ilmaisimen rakentamisprojektia johtaa Sorin Paraoanu tutkimusryhmineen. Kehitystyöhön on saatu kaksi miljoonaa euroa Euroopan tutkimusneuvostolta.

Pimeän aineen olemassaolosta on tiedetty jo lähes sadan vuoden ajan, mutta sitä ei ole onnistuttu suoraan havaitsemaan. Pimeän aineen koostumuksesta onkin paljon erilaisia teorioita. Fysiikan nobelisti Frank Wilczek nimesi yhden mahdollisen pimeän aineen hiukkasen aksioniksi, koska hän ajatteli hiukkasen voivan ”pestä pois” pimeän aineen arvoituksen.

Vaikka aksioniakaan ei ole vielä havaittu kokeellisesti ja pimeä aine on edelleen mysteeri, Wilczekin ajatukset ovat kuitenkin inspiroineet uuden mittavan fysiikan tutkimushankkeen. Kuusivuotisen DarkQuantum-hankkeen tarkoituksena on todistaa aksionien olemassaolo osoittamalla pimeän aineen näkymätön halosignaali.

Koko hanketta koordinoi espanjalaisen Zaragozan yliopiston professori Igor Garzia Irastorza, ja mukana on myös Ranskan kansallinen tutkimuskeskus, saksalainen Karlsruhe Institute of Technology sekä muun muassa Max Planck -instituutti ja Espanjan kansallinen tutkimusneuvosto. Euroopan tutkimusneuvosto (ERC) on myöntänyt hankkeelle kaikkiaan 12,9 miljoonan euron Synergy Grant -rahoituksen, josta Aalto-yliopiston osuus on noin kaksi miljoonaa euroa.

Aalto-yliopisto ja tutkija Sorin Paraoanu vastaa ryhmänsä kanssa uudenlaisen korkeataajuusanturin sekä sen käyttöön tarvittavien algoritmien ja ohjelmistojen kehittämisestä. ”Haloskooppimme tulee olemaan 10–100 kertaa herkempi kuin vastaavat ilmaisimet. Siinä käytetään suprajohtavia kubitteja – samoja kuin kvanttitietokoneissa – mutta ne toimivat tässä haloskoopissa ilmaisimina”, Paraoanu sanoo. Tutkimukseen käytetään OtaNano-infrastruktuuria. Sorin Paraoanu on myös mukana InstituteQ:ssa eli kansallisessa kvantti-instituutissa, sekä uudessa alkavassa kvanttilippulaivassa Finnish Quantum Flagship, FQF.

Lopullinen testipaikka on syvällä maan alla, Espanjan ja Ranskan rajan ylittävillä vuorilla sijaitsee Canfrancin maanalainen laboratoriossa, jonne DarkQuantumin tutkijat ovat rakentamassa korkeataajuisen haloskoopin. Hankkeen toinen, matalataajuinen haloskooppi sijoitetaan Hampuriin, DESY-tutkimuskeskukseen.  Maanalainen sijainti mahdollistaa kosmisen taustasäteilyn eliminoimisen, ja siellä voi myös tutkia samanaikaisesti kohinanvaimennustekniikoita kvanttilaskentaa varten.

Taustaa: Euroopan tutkimusneuvoston myöntämä ERC Synergy Grant on erittäin arvostettu ja kilpailtu. Aalto-yliopistolle rahoitus on aikaisemmin myönnetty vain yliopiston professori Risto Ilmoniemen ConnectToBrain-hankkeelle. Uuden DarkQuantum-hankkeen seurauksen voi syntyä myös aiempaa kehittyneemmät versiot squid-antureista, joita hyödynnetään MEG-teknologiassa.

Kuva: Aalto-yliopisto