Den smala, avlånga enheten upptar ungefär hälften av labblokalen, inklusive den intilliggande mätstationen. Ingenting avslöjar att utrustningen har en unik kapacitet: att avslöja kvantfenomen på en hittills oåtkomlig nivå. Detta instrument, kallat utspädningskylskåp, har nämligen förmågan att kyla prover ner till temperaturer kallare än de kallaste områdena av universum, nära den absoluta nollpunkten. Dessa extrema förhållanden gör det möjligt för forskare att observera och spåra kvantfenomen med en precision som tidigare varit omöjlig.

Det säger Venkata Kamalakar Mutta, seniorlektor i kvantteknik och föreståndare för Quantum Materials Device Lab, QMD.

– Utspädningskylskåpet ger oss förutsättningar för banbrytande upptäckter inom kvantmaterial och kvantmateria, individuella kvantsystem och kvantkomponenter för framtida teknik. Vi har väntat länge på den här nya ”leksaken” som vi har döpt till ELSA, säger Venkata Kamalakar Mutta och ler.

ELSA, eller Emergent Low-Temperature Spin Phenomena Lab, är en milstolpe i utbyggnaden av QMD-laboratoriet tack vare dess unika kapaciteter i Sverige.

– Tillsammans med ELSA och våra befintliga experimentella resurser vid QMD och Ångströmlaboratoriet är Uppsala universitet nu en av de bästa experimentella miljöerna för kvantforskning i Norden, tillägger han.

Osäkerhet en grundläggande kvantprincip

Men när blir något ”kvant”? Enligt Venkata Kamalakar Mutta beter sig ett objekt kvantmekaniskt när dess storlek blir jämförbar med dess våglängd. Vardagliga objekt är alldeles för stora.

– Om jag mäter kvantpartikelns rörelse blir dess position osäker. Och om jag mäter var kvantpartikeln befinner sig blir dess rörelse osäker.

Kvantpartiklarnas svårfångade natur har illustrerats med otaliga exempel, det mest kända kanske Schrödingers katt. I en låda med en hypotetisk katt finns också en radioaktiv källa som med 50 procents sannolikhet kommer att sönderfalla och så småningom döda katten. Innan lådan öppnas och kattens tillstånd avslöjas kan djuret därför betraktas som både levande och dött samtidigt. Denna osäkerhet är grundläggande princip inom kvantmekaniken.

– Partikelns kvantmekaniska natur innebär att den existerar i flera olika tillstånd samtidigt. Detta kvantaspekt kallas superposition. Det gäller tills vi mäter partikeln, då den kollapsar till ett bestämt tillstånd. Superposition är en av de viktigaste principerna som ligger till grund för kvanttekniken, säger Venkata Kamalakar Mutta.

Kvantmekanisk tunnling observeras

Ett exempel på ett kvantmekaniskt fenomen är tunneleffekten, där en partikel kan tränga igenom en isolerande barriär även om den inte har tillräcklig energi för att ta sig förbi barriären. Årets Nobelpristagare i fysik genomförde tunneleffektsexperiment på 1980-talet med hjälp av supraledare: material som leder elektricitet utan elektriskt motstånd när de kyls ned under en kritisk temperatur.

­– Vi måste alltid ta hänsyn till tunneleffekten i våra apparater. När vi mäter den elektriska strömmen som passerar genom atomärt tunna isolerande barriärer observerar vi rutinmässigt kvantmekanisk tunneleffekt vid rumstemperatur, säger Venkata Kamalakar Mutta.