Újból Lendület Programot nyertek a nanoáramkörök tervezésével foglalkozó műegyetemi fizikus kutatók.

„Óriási megtiszteltetés számomra, hogy egyike voltam azoknak a kutatóknak, akik elsőként kaphatták meg újból az egyik legrangosabb hazai, tudományos munkát honoráló akadémiai támogatást. Külön öröm, hogy mindezt megszakítás nélkül, az első Lendület Program közvetlen folytatásaként sikerült elérni, így a kutatótársaimmal megkezdett szakmai munka egy évtizeden át részesül ebben a prominens elismerésben” – nyilatkozott a bme.hu-nak Csonka Szabolcs, a BME Természettudományi Kar (BME TTK) Fizikai Intézet, Fizika Tanszék egyetemi docense, az MTA-BME Supravezető Nanoelektronika Lendület Kutatócsoport vezetője, aki „Topologikus szupravezető nanoáramkörök” című kutatási tervével immáron második alkalommal nyerte el az MTA Lendület Programjának támogatását, ezúttal az újonnan meghirdetett „haladó” kategóriában összesen 292.000.000 Forint keretösszeggel.

Csonka Szabolcs és kutatótársai több mint 5 évvel ezelőtt kezdték meg a szakmai munkát az akkor alapított MTA-BME Nanoelektronika Lendület Kutatócsoportban, és a most elnyert támogatási keretösszeggel tovább folytatják a számos újszerű tudományos eredménnyel kecsegtető kutatásokat.

A kutatócsoport új kihívások előtt.

A kutatócsoport elsősorban új típusú nanoáramkörök fejlesztésével foglalkozik: a milliméter 1 milliomod részének megfelelő mérettartományban terveznek áramköröket. „A mai számítógépek és mobiltelefonok chipjei is ebben a mérettartományban készülnek, ám a mi munkánk különlegességét a tömeggyártással szemben a megtervezett áramkörök egyedisége, egyedi tulajdonságai jelentik” – osztotta meg a kutatás fő profiljáról Csonka Szabolcs, majd hozzátette, hogy reményei szerint munkájukkal a jövő elektronikája alapjainak megteremtéséhez járulhatnak hozzá. „Ezekben az új típusú nanoáramkörökben létrehozhatók például mesterséges atomok is. Az atomok körül normál esetben olyan elektronok keringenek, amelyek nagymértékben meghatározzák az adott atom jellemzőit. Az általunk létrehozott nanoáramkörökben mindezt mesterségesen hajtjuk végre: az áramkörök ugyanis olyan parányi ’csapdák’, dobozok is egyben, amelyek képesek az elektronok befogására, ez által egy tetszőlegesen formálható mesterséges atom létrehozására” – ecsetelte az MTA Lendület Programja által támogatott szakember.

 A BME-én fejlesztés alatt álló kvantumáramkör, ami szupravezetővel (S) kapcsol össze két mesterséges atomot.

A kutatócsoport a mesterségesen létrehozott atomokat szupravezetőkkel kombinálja: egy olyan vezetőtípussal, amelynek nincs elektromos ellenállása, vagyis az elektronátfolyás közben nem termelődik hő. „A szupravezetőkkel kombinált új típusú nanoáramkörök számos lehetséges alkalmazási potenciállal kecsegtetnek. Leginkább a jövő informatikai eszköze, a kvantumszámítógép létrehozásához, megépítéséhez látunk benne nagy lehetőséget. A kvantumszámítógépek nem a klasszikus fizikai törvények szerint működő eszközök lesznek. Jelenlegi ismereteink szerint a kvantummechanika szabályai érvényesülnek majd ezekben berendezésekben. A ma ismert és feltételezett kvantumszámítógépek legfőbb problematikája, hogy számolás közben könnyen ’elfelejtik’ az információt, amely a számítások végeredményét megbízhatatlanná teszi. Körülbelül egy évtizede indult egy kutatási irány e probléma orvoslására: topologikus szupravezetőket kezdtek alkalmazni kvantumszámítógépek építésekor. Bár e törekvés egyik iránya zsákutcának bizonyult, a kutatócsoportunknál másfél éve létrehoztuk egy, a probléma megoldásához mégis csak ígéretesnek bizonyuló kiindulási állapotot: két mesterséges atom és egy szupravezető összekötéséből létrehozott molekulát. A következő kutatási fázisban a célunk, hogy megalkossuk e szupravezetői láncolat hosszabb verzióját, és megvizsgáljuk ennek viselkedését, elméleti úton pedig bebizonyítsuk ezen állapot létjogosultságát a kvantumszámítógépek építéséhez” – árulta el a kísérleti kutatási törekvésekről Csonka Szabolcs.

A kutatócsoport munkáját és lehetőségeit eddig is jelentősen meghatározták a szakmai eredmények alapján elérhető támogatási források: a csoport egy ERC Grant elnyerésével teremtette meg a tudományos munkához szükséges infrastrukturális feltételeket. Csonka Szabolcs büszkén jegyezte meg, hogy az elmúlt 5 esztendőben – részben a Lendület Programnak köszönhetően – összeállt egy olyan szakértői gárda, amelynek tagja több olyan hazai kutató, akik külföldön szerzett tudásukat, tapasztalataikat hasznosítják a projektben, és e programnak köszönhetően tértek vissza Magyarországra és a Műegyetemre. A kutatócsoport munkájában jelenleg 2 senior szakember, 2 elméleti kutató, 6 doktorandusz és további 4-5 egyetemi hallgató vesz részt. „Mára elértük azt a ’kritikus’ tömeget és személyi állományt, amellyel hatékonyan végezhetjük el a kutatásokhoz szükséges feladatokat.”

Csatolt Andrejev qubitek áramköri geometriája

A kutatócsoport az eredmények mellett figyelmet fordít az utánpótlásnevelésre is: az eredmények tanórákon történő bemutatásával minél több fiatal érdeklődését szeretnék felkelteni a tudományos munka és a kvantumszámítógépek iránt, amely manapság a fizika egyik húzóterülete. „Sokat számít, hogy kis létszámú kurzusokat tartunk a hallgatóknak, így könnyen kialakulhat a hallgató-oktató közötti közvetlen kapcsolat, és több lehetőségünk van arra is, hogy megismerjük a fiatalok ambícióit, elképeléseit, és megtaláljuk azokat az ifjakat, akiket a tudomány kísérleti, kutatói oldala motiválhat. A kvantumos témák alap- és mesterszakos hallgatók között is népszerűek, sőt, vannak olyan tanítványaink, akik más karok képzésein tanulnak, ám szeretnék ismereteiket kvantumos témákban is tágítani.” Csonka Szabolcs a kutatási eredmények mellett örömmel osztotta meg, hogy tervezetten 2023 szeptemberétől egy új, a fizikai és mérnöki területeket egyesítő mérnök-fizikus szakirány indul majd a BME TTK-n, amely kiváló alternatíva lehet azoknak a hallgatóknak, akik nem csak a tudományos mélységekkel szeretnének foglalkozni, hanem érdekli őket az átmenet az elméleti ismeretek és a high- tech cégek innovatív kutatásai között. „Európai szinten egyre növekvő igény van kvantummechanikai tudással rendelkező szakemberekre az akadémiai és a vállalati munkaerőpiacon egyaránt. Sok cég csábít magához fiatalokat már az egyetemi évek alatt, ám gyakori a váltás a kutatólaborokból a vállalati szféra felé. E munkaerőpiaci jelenségre reagálva szeretnénk mérnöki és fizikai tudással egyaránt felvértezett szakembereket kibocsátani a karról” – mutatta be a kutatás és oktatás közös vonaláról a BME TTK oktató-kutatója.

Kvantum áramkörök vizsgálatát lehetővé tevő hűtőrendszer, a BME leghidegebb pontja, ahol a hőmérséklet 1/100 Kelvin

Csonka Szabolcs a bme.hu-nak adott interjúban örömét fejezte ki, amiért újból sikerrel pályázott a Magyar Tudományos Akadémia Lendület Programjára. Úgy véli, ez a legjobb pályázati konstrukció a magyar kutatási ökoszisztémában: hosszútávú támogatási lehetőséget biztosít, kellő rugalmasságot ad a kutatóknak, kevés adminisztrációs terhet ró rájuk, ugyanakkor egy kompetitív pályázat, amelynél mérvadó a kutatói kiválóság, a végeredmény megszületésénél sokat nyom latba a korábbi tudományos tevékenység, egyben hazai és nemzetközi környezetben is elismert feltételeknek kell megfelelni, a pályázat sikeréről pedig jelentős szakmai tudással rendelkező grémium dönt. A kutatócsoport tagjai jelenleg 6 európai uniós programban is jelen vannak, több kutatás szorosan kapcsolódik az általuk vizsgált szakterülethez. A közeljövőben a szakmai munkán túl tovább szeretnék bővíteni a nemzetközi együttműködéseket, amelyre jó lehetőség lesz a 2023 nyarán a Margitszigetre tervezett nemzetközi konferencia, amelynek témája a topologikus szupravezetők lesznek.

TZS-KJ

Fotók forrása: Csonka Szabolcs