Vadonatúj félvezetőket modelleznek és kvantumszámítógépek építéséhez szükséges számításokat végeznek európai uniós projektekben a BME TTK ifjú kutatói.

„Négy fiatal kutatónk is lehetőséget kapott arra, hogy nemzetközi kapcsolatokra szert téve komoly kutatómunkát végezzen egy olyan ígéretes szakterületen, amelyet az Európai Unió is kiemelt figyelemmel kísér”

– fogalmazott Pályi András, a BME Természettudományi Kar (BME TTK) Fizikai Intézet Elméleti Fizika Tanszék egyetemi docense, a Kvantuminformatika Nemzeti Laboratórium és a tanszéken működő MTA-BME Kvantumdinamika és Korreláció Kutatócsoport (MTA-BME Quantum Dynamics and Correlations Research Group) kutatója.

Az Elméleti Fizika Tanszék két olyan európai uniós Horizon Europe kutatási projektben is részt vesz Pályi András vezetésével, valamint Asbóth János, a tanszék egyetemi docense részvételével, amelyek a félvezető-alapú kvantumtechnológia továbbfejlesztését célozzák.

A BME TTK Elméleti Fizika Tanszék partnerként társult az IGNITE (Integrated GermaNIum quantum Technology) programba, amely célul tűzte ki egy 64-kvantumbites, félvezető-alapú kvantumszámítógép prototípusának elkészítését.

A tanszék részt vesz ONCHIPS (On-chip integration of quantum electronics and photonics) projektben is, amelynek célja, hogy egyedülálló, szilícium-alapú integrált architektúrát biztosítson kvantumtechnológiai alkalmazások számára. Az új szilícium platform integrálja a kvantumelektronika és a fotonika lehetőségeit, amelytől a kvantum-kommunikáció és az elosztott kvantumszámítógépek területén remélnek komoly előrelépést a kutatók.

© Fotó: Geberle B.

Előbbi projektben 70.000 euró, míg utóbbi esetében 230.000 euró támogatásban részesül a Műegyetem.

A BME TTK szakemberei mindkét projektben elméleti fizikai kutatásokat végeznek. Ezen belül modellalkotással, elméleti számításokkal és numerikus szimulációkkal segítik a tudományos munka előrehaladását. A feladatok egy részét önálló elméleti tevékenységként végzik a műegyetemi fizikusok, az eredményeket pedig saját publikációkban tervezik közölni. A munka további részében a BME-s kutatók közvetlenül együttműködnek a kísérleti munkát végző konzorciumi partnerekkel.

„Az Európai Unió által is kiemeltként kezelt programokban elsősorban a félvezető-fizika és a kvantum-információelmélet határterületén szeretnénk jelentős előrehaladást elérni. Ehhez pedig újdonságokra nyitott, tanulni és fejlődni akaró ifjú fizikusokra van szükségünk, akik mindkét területet átlátják, és hatékonyan tudják alkalmazni ezek elméleti módszereit. Kutatócsoportunk erősségei éppen ezek a kompetenciák”

– méltatta kutatótársait Pályi András.

Az IGNITE projekt holland, olasz, spanyol, belga, dán, osztrák, német felsőoktatási intézmények és szakmai szervezetek együttműködésében zajlik 2022 júliusa és 2025 júniusa között. Ebben a projektben a tanszéki kutatócsoportot Aritra Sen és Pataki Dávid, a BME TTK Fizika Intézet Elméleti Fizika Tanszék doktoranduszai képviselik.

A projekt indulásakor a konzorciumot vezető holland kutatócsoport megépített és sikeresen üzembe helyezett egy négyqubites kvantumszámítógép-prototípust. A szakmai társulás jelenleg ezen eszköz felskálázásán dolgozik, méghozzá azzal a kijelölt céllal, hogy a kutatások eredményeként elkészülhessen a 64-qubites kvantumszámítógép prototípusa.

„A konzorciumi partnereink a terület egyik fontos szakmai konferenciáján már bemutattak előzetes kísérleti eredményeket 8-, 10- és 16-qubites chipekről. BME-s munkatársainkkal elsősorban a qubitek pontos vezérléséhez és kiolvasásához szükséges módszerek kidolgozásában veszünk részt”

– részletezte a műegyetemi feladatokat Pályi András.

A négyéves ONCHIPS projekt konzorciumában holland, német és francia egyetemek kutatóival végez közös tudományos munkát a Műegyetem 2022 októbere és 2026 szeptembere között. A BME TTK Fizikai Intézet Elméleti Fizika Tanszékét Kolok Baksa és Frank György doktoranduszok képviselik. A projektben egy teljesen új félvezető anyagcsaládot, hatszöges kristályszerkezetű szilícium-germánium ötvözeteket vizsgálnak a kutatók. Az új anyag legfontosabb tulajdonsága, hogy a hagyományos, a félvezetőiparban évtizedek óta használt szilíciumtól és germániumtól eltérően direkt tiltott sávval rendelkezik, és emiatt optoelektronikai alkalmazásokban is használható.

„A műegyetemi fiatal kutatótársakkal azon dolgozunk, hogy előre jelezzük ezen újszerű anyag fizikai tulajdonságait. A projekt kutatási feladatainak megoldásában a félvezető-fizika elmúlt 70 évben kidolgozott módszertanára támaszkodunk. A konzorciumban lehetőségünk van a kísérleti partnerekkel való közvetlen együttműködésre, ennek köszönhetően lendületesen haladunk az új anyagcsalád tulajdonságainak alaposabb feltérképezésében”

– összegezte az aktuális projekttörténésekről Pályi András.

„A kvantumtechnológia bármely területének felderítése pályakezdő és tapasztalt kutatók számára egyaránt izgalmas kihívás. E két projektben doktoranduszaink nemzetközi közösségben kutathatnak, új szakmai kapcsolatokra tehetnek szert, érdekes és aktuális tudományos feladatokban vehetnek részt, nem beszélve arról, hogy világszínvonalú partnerektől tanulhatnak. Bízunk benne, hogy a várt szakmai eredmények mellett a tanszék és a kutatócsoportunk nemzetközi kapcsolati hálója is bővül, ami újabb lehetőségeket nyithat majd meg előttünk”

– zárta a beszélgetést Pályi András.

Ha feliratkozik a Műszaki Magazin Hírlevelére, sosem marad le a híreinkről! További friss híreket talál a Műszaki Magazin főoldalán! Csatlakozzon hozzánk a Facebookon is!

The post A kvantumtechnológia izgalmas kihívásai a BME-n appeared first on Műszaki Magazin.

Témavezetőjével, Timár Gáborral, a Geofizikai és Űrtudományi Tanszék vezetőjével a földi GPS-rendszerben használt adatokat határoztak meg a Holdra, és ehhez a 800 éve élt matamatikus, Fibonacci módszerét használták. Eredményeik az Acta Geodaetica et Geophysica folyóiratban jelentek meg.

Most, amikor az emberiség fél évszázad után ismét a Holdra készül eljutni, fókuszba kerülnek a lehetséges holdi navigáció módszerei. Az Apollo-missziók holdjárműveinek modern utódait már valamilyen, a földi GPS-rendszerre hasonlító, Hold körül keringő szatellitek szolgáltatta tájékozódás fogja segíteni. A Föld esetén ezek a rendszerek nem bolygónk tényleges alakjával, még csak nem is a tengerszint által meghúzott felülettel dolgoznak, hanem egy, arra legjobban illeszkedő forgási ellipszoiddal. Ennek metszete egy ellipszis, amely az Egyenlítőn van a legtávolabb, a sarkoknál pedig a legközelebb a Föld tömegközéppontjától. A Föld sugara kicsit kevesebb, mint 6400 kilométer, a sarkok pedig kb. 21,5 kilométerrel vannak közelebb a középponthoz, mint az Egyenlítő.

Miért is érdekes, hogy a Holdat közelítő ellipszoidnak milyen az alakja, milyen számokkal írható le? Miért érdekes, hogy a Hold 1737 kilométeres átlagsugarához képest a pólusai kb. fél kilométerrel vannak közelebb az Egyenlítőénél? Ha a Holdon is a GPS-rendszerben kipróbált szoftveres megoldásokat akarjuk alkalmazni, akkor célszerű, ha ezt a két számot adjuk meg, így a programok könnyen átültethetők a Földről a Holdra.

A Hold lassabban forog, tengely körüli forgásának periódusa megegyezik a Föld körüli keringésével. Nagyrészt emiatt a Hold sokkal gömbszerűbb; a holdi ellipszoid metszete is ellipszis, ami viszont majdnem gömb. Majdnem, de nem teljesen. Mindazonáltal az eddigi holdi térképezéshez elegendő volt az alakot egy gömbbel közelíteni, akit pedig ennél jobban érdekelt égi kísérőnk alakja, az összetettebb modellekkel írta le.

Érdekes módon a holdalak forgási ellipszoiddal történő közelítése nem történt meg eddig. Utoljára az 1960-as évek szovjet űrkutatói végeztek ilyen számításokat, természetesen akkor még csak a Földről látható oldal adatai alapján.

Cziráki Kamilla II. éves földtudomány alapszakos, geofizika specializációt végző hallgató, témavezetőjével, Timár Gáborral, a Geofizikai és Űrtudományi Tanszék vezetőjével egy Tudományos Diákköri munka (TDK) keretében kiszámította a Hold potenciálelméleti alakjához legjobban illeszkedő forgási ellipszoid paramétereit. Ehhez egy meglévő potenciálfelület, az úgynevezett holdi szelenoid egy adatbázisát használta, amelyből a felületen egyenletesen eloszló pontokon magassági mintát vett, és megkereste, milyen egyenlítői és sarki sugár esetén illeszkedik a legjobban ezekre egy forgási ellipszoid. A mintavételi pontok számát 100 és 10000 között fokozatosan növelve a két paraméter értéke már 10000 pontnál stabilizálódott.

A munka egyik fő lépéseként azt vizsgálta, hogyan lehet egy gömbfelületen egyenletesen elrendezni N darab pontot. Ennek több megoldása lehetséges; Cziráki Kamilla és Timár Gábor a legegyszerűbbet, az úgynevezett Fibonacci-gömböt választotta. A Fibonacci-spirál gömbfelületi elhelyezése egy igen rövid és frappáns programkóddal valósítható meg, mindazonáltal elmondható, hogy az eljárás alapjait a 800 éve élt matematikus, Leonardo Fibonacci vetette meg. A módszert ellenőrzésképp a Földre is alkalmazták, rekonstruálva a GPS által is használt WGS84 ellipszoid jó közelítését.

Cziráki Kamilla eredményét az idei OTDK-n aranyéremmel ismerték el, emellett a fiatal kutatót felkérték, hogy munkáját az Acta Geodaetica et Geophysica folyóiratban publikálja.

Ha feliratkozik a Műszaki Magazin Hírlevelére, sosem marad le a híreinkről! További friss híreket talál a Műszaki Magazin főoldalán! Csatlakozzon hozzánk a Facebookon is!

The post 800 éves matematikai trükk segíthet a holdi navigációban appeared first on Műszaki Magazin.