Kvantfysikens besynnerliga värld har alltid legat i centrum för Per Delsings forskning. Här – på skalan av atomer och neråt – råder lagar som helt strider mot mänsklig intuition. Partiklar kan samtidigt vara både här och där, likt spöken slinka igenom barriärer, eller påverka varandra på avstånd utan märkbar kontakt.

En stor dos nyfikenhet driver Per Delsing, professor i experimentell fysik på Chalmers, att göra kartan över hur kvantfysiken fungerar mer komplett.

– Det roligaste är när man förstår något helt nytt, eller är först med att demonstrera något som teorin förutspår men som ingen sett förut.

Hans viktigaste verktyg är elektroniska chip med minimala kretsar som kyls ned till så låg temperatur att de blir supraledande, alltså leder ström helt utan motstånd. Där träder kvantfysikens lagar i kraft och kan studeras. Genom att utforma de supraledande kretsarna på olika sätt har forskarna möjlighet att styra vad de vill studera. Till exempel kan kretsarna designas så att de uppför sig precis som en atom – en konstgjord atom.

Under många år utforskade Per Delsing hur partiklar av ljus – fotoner – beter sig och kan styras. En milstolpe var när hans forskargrupp lyckades skapa ljus ur vakuum. I vardagslivet är det lätt att sätta likhetstecken mellan vakuum och tomrum, men enligt kvantfysikens grundsatser sjuder vakuum av virtuella partiklar, det vill säga partiklar som plötsligt uppstår ur ingenting för att i nästa ögonblick försvinna igen. Sådana virtuella ljuspartiklar lyckades forskargruppen omvandla till vanliga fotoner – en bedrift som hamnade på tidningen Physics Worlds lista över årets viktigaste genombrott.

En oväntad spårväxling

Men en dag snubblade Per Delsing in på ett nytt spår. I ett misslyckat försök att bygga en ny sorts ljusdetektor upptäckte nämligen forskargruppen att de kunde mäta ljudvågor på ytor, så kallade ytakustiska vågor, med mycket hög noggrannhet. Det väckte intresset för att utforska ljud på kvantnivå.

Normalt växelverkar atomer gärna med ljus. De absorberar eller skickar ut fotoner när de byter mellan sina olika energinivåer. Nu började Per Delsings forskargrupp undersöka om de kunde få sina konstgjorda atomer att istället absorbera och skicka ut minimala ljud. Det lyckades, och därmed öppnade de dörren till ett nytt, outforskat område inom kvantfysiken – kvantakustik.

– Det var som att hitta ett blåbärssnår där ingen varit förut, med massor av bär att plocka.

Han gjorde genast en lista på tio saker forskargruppen borde prova, till exempel att styra ljudpartiklar över ett chip och att skapa de grundläggande förutsättningarna för en ljud-laser. Några punkter är redan avbockade – av dem själva eller av andra forskargrupper som lockats in i det nya området. Förlängningen av anslaget som Wallenberg Scholar bidrar till att Per Delsing nu kan fortsätta att kartlägga kvantakustikens okända domäner.

”Jag är tacksam för förtroendet och äran att vara Wallenberg Scholar. Och jag vet att vetenskapssamhället är tacksamt för att Wallenbergstiftelsen satsar mycket pengar på forskningen, och gör det på individer. All forskning utgår från idéer, och idéerna finns hos individerna.”

Grundforskning utgör basen för framtidens kvantdatorer

Än så länge handlar det om nyfikenhetsdriven forskning, utan sikte på specifik nytta. Men historien är full av exempel på grundforskning som längre fram visat sig bli oerhört användbar. Han har själv erfarit hur de konstgjorda atomer som han länge arbetat med och förfinat inom grundforskningen visade sig vara lovande byggstenar för kvantdatorer. Idag leder han den största svenska satsningen på att bygga en fungerande kvantdator inom Wallenberg Centre for Quantum Technology.

– I bygget av kvantdatorn är vi mer av kvantingenjörer som tillämpar befintlig kunskap på bästa sätt för att skapa nytta. Men vi utvecklar också mät- och tillverkningstekniker som vi även kommer att ha nytta av i grundforskningen.

Han tänker sig att även kvantakustiken kanske så småningom kan få tillämpningar inom kvantdatorer. Ljud färdas mycket långsammare än ljus, vilket innebär att det finns tid att manipulera ljudsignaler medan de färdas över ett chip. Ljudets våglängd är dessutom så kort att den är jämförbar med de konstgjorda atomernas storlek. Det öppnar för möjligheten att utrusta atomerna med en antenn och skräddarsy ljudet som de skickar ut, såväl riktning som frekvens. Med antenner går det också att göra atomens koppling till ljud mycket, mycket starkare.

Härnäst planerar Per Delsing att utforska vad som händer när kopplingen mellan atom och ljud är riktigt stark. Han tänker också återvända till vakuumets sjudande gryta. Det är känt att ljuspartiklar som uppstår och försvinner i vakuum förskjuter atomers energinivåer lite grann, en upptäckt som belönades med Nobelpriset år 1955. Nu vill han undersöka om samma sak gäller för ljud.

– Att bestämma sig för vad man ska studera härnäst är nästan min största utmaning just nu. Vi öppnade en ny dörr inom kvantfysiken, och här finns väldigt mycket att utforska.

Text Ingela Roos
Bild porträtt Peter Widing, övriga Chalmers tekniska högskola