Forscher messen Energieimpuls unter einer Billionstel Joule

Präzisere Messungen können Quantentechnologien verbessern und Wissenschaftlern helfen, hypothetische Dunkle-Materie-Teilchen, sogenannte Axionen, nachzuweisen. Forschende in Finnland haben kürzlich einen ultrasensiblen, wärmebasierten Sensor, einen Kalorimeter, eingesetzt, um Energieniveaus unter einem Zeptojoule zu messen – das entspricht einem Billionstel eines Billionstel Joule.

Zum Vergleich entspricht ein Zeptojoule etwa der Energie, die benötigt wird, um eine rote Blutkörperchen in der Erdschwerkraft um ein Nanometer nach oben zu bewegen. Die Forschungsgruppe wurde ät geleitet und arbeitete in Zusammenarbeit mit dem Quantencomputing-Unternehmen IQM sowie dem Technischen Forschungszentrum Finnlands (VTT). Ihre Ergebnisse wurden in Nature Electronics veröffentlicht.

Funktionsweise des Sensors Das Messen ößenordnung ist äußerst anspruchsvoll.

Um das Experiment durchzuführen, sendeten die

Um das Experiment durchzuführen, sendeten die Forscher einen Mikrowellenimpuls in einen Sensor, der aus zwei Metalltypen besteht: Supraleitern, die elektrische Signale ungehindert weiterleiten, und normalen Leitern, die Widerstand erzeugen. „Diese Kombination aus Metallen macht die Supraleitung zu einem so fragilen Phänomen, dass sie sofort nachlässt, wenn sich die Temperatur im ultrakalten Leiter auch nur minimal erhöht.

Dadurch wird die gesamte Anordnung so empfindlich", so Mottonen, der auch Mitbegründer des Quantencomputer-Startups IQM ist. Nach dem Filtern ätigten die Forscher, dass das Gerät einen elektromagnetischen Impuls mit nur 0,83 Zeptojoule Energie detektierte. Laut dem Team stellt dies den ersten Nachweis dar, bei dem ein kalorimetrisches Messgerät dieses Maß an Empfindlichkeit erreicht hat.

Implikationen für die Quantentechnologie und die Suche nach Dunkler Materie Die Forscher geben an, dass die Technologie zukünftig möglicherweise die Zählung einzelner Photonen ermöglichen wird.

Moegliche Anwendungen

Mottonen erklärte, dass die Erreichung dieses Empfindlichkeitsniveaus ein langjähriges Ziel sowohl in der Quantenforschung als auch in der Astrophysik darstellt. „Wir möchten, dass dieses Setup in der Lage ist, Eingaben mit beliebiger Ankunftszeit zu messen, was beispielsweise für die Detektion ist, wenn man nicht weiß, wann sie Ihr System erreichen könnten." Mottonen betonte zudem, dass der Kalorimeter für Anwendungen in der Quantenberechnung einen entscheidenden Vorteil bietet, da er bei den gleichen ultrakalten Millikelvin-Temperaturen arbeitet, die für Qubits erforderlich sind.

Ein Kalorimeter arbeitet bei den gleichen Millikelvin-Temperaturen, die Qubits benötigen. Dies führt zu weniger Störungen im System, da das Gerät nicht auf eine hohe Temperatur gebracht oder das Messsignal des Qubits verstärkt werden muss, um ein Ergebnis zu erhalten. In Zukunft könnte unser Gerät beispielsweise als Komponente zur Auslesung werden.

Referenz: „Zeptojoule-Kalorimetrie" ás Márton Gunyhó, Kassius Kohvakka, Qi-Ming Chen, Jean-Philippe Girard, Roope Kokkoniemi, Wei Liu und Mikko Mottonen, 12. Mai 2026, Nature Electronics. DOI: 10.1038/s41928-026-01615-2 Das Team nutzte die Einrichtungen, der nationalen Forschungsinfrastruktur Finnlands für Nano-, Mikro- und Quantentechnologien.

Dieses Ergebnis geht hauptsächlich auf das Projekt Future Makers zurück, das Erkko-Stiftung sowie der Technology Industries of Finland Centennial Foundation finanziert wurde.