Diamant als Quantenspeicher

  • 10. August 2011

Zwei völlig verschiedene Quanten-Systeme wurden an der TU Wien erfolgreich vereint. Das Ergebnis soll den Weg zu praxistauglichen Quanten-Computerchips ebnen.

"Diamonds are a girls best friends" heißt es, aber auch für Wissenschaftler sind die wertvollen Steine interessant. Während für Schmuck jedoch möglichst reine, makellose Diamanten begehrt sind, benötigt man für Quantenexperimente genau das Gegenteil: Hier sind Diamanten mit Fehlern gefragt. Wenn sich im regelmäßigen Kohlenstoff-Gitter des Diamanten nämlich Stickstoff-Atome einschleichen, dann wird der Diamant zwar beinahe schwarz, doch dafür kann er dann Quantenzustände stabil speichern. An der TU Wien gelang es nun, Mikrowellen an Quantenzustände eines Diamanten anzukoppeln. 

Quantenchip

Der Quantenchip: In der Mitte ist der gewundene Mikrowellenresonator und der dunkle Diamant zu erkennen. (Quelle: F. Aigner / TU Wien)

Schon lange sucht man nach passenden physikalischen Bausteinen für einen Quantencomputer. Zwar gab es schon verschiedene Ideen für Systeme, die auf quantenphysikalische Weise Information speichern, doch meist sind sie sehr fragil und instabil. Um Rechnungen durchzuführen, muss ein solches System aber einen quantenphysikalischen Zustand ausreichend lange zuverlässig konservieren. „Es gibt kein Quantensystem, das alle Anforderungen gleichzeitig erfüllt“, meint Johannes Majer vom Atominstitut der TU Wien. Mit seinem Team koppelte er daher zwei völlig verschiedene Quantensysteme, um die Vorteile beider Seiten nutzen zu können: Mikrowellen und Diamanten. Auf diese Weise konnten die Wissenschaftler auf ihrem Chip Quantenzustände zwischen Mikrowellen und den Stickstoff-Zentren im Diamant übertragen. Je mehr Stickstoffatome bei dieser Übertragung beteiligt sind, umso stabiler „merkt“ sich der Diamant den eingespeicherten Quantenzustand.

Überraschenderweise ließ sich bei dem Experiment auch zeigen, dass sich sogar im Drehimpuls der Atomkerne Quantenzustände speichern lassen. „Das könnte der erste Schritt zu einem Atomkern-Speicher sein“, hofft Johannes Majer – doch zunächst soll der Diamant-Quantenchip in seiner jetzigen Form weiterentwickelt werden. Die nötigen Teilelemente sind nun vorhanden – jetzt geht es darum, sie für echte, stabile Rechenoperationen zu nützen.

TU Wien / AH

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