Quantencomputer aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen

  • 22. March 2013

Nanoröhrchen können Informationen mechanisch speichern und sind unempfindlicher für elektrische Störungen als elektronische Elemente für Quantenrechner.

Ein häufig genutztes System bei der Entwicklung von Quantencomputern sind elektrisch geladene Teilchen, die in einer „elektromagnetischen Falle“ festgehalten werden. Ein Nachteil dieser Systeme ist, dass sie sehr empfindlich auf elektromagnetische Störungen reagieren und daher aufwändig abgeschirmt werden müssen. Physiker der TU München haben nun einen Weg gefunden, wie Informationen in mechanischen Schwingungen gespeichert und quantenmechanisch verarbeitet werden können.

Abb.: Wie eine Gitarrensaite können Nanoröhrchen (schwarz) eingespannt und zu Schwingungen angeregt werden. Ein elektrisches Feld (Elektroden: blau) sorgt dafür, das nur zwei der vielen möglichen Zustände angesteuert werden. (Bild: M. J. Hartmann, TUM)

Abb.: Wie eine Gitarrensaite können Nanoröhrchen (schwarz) eingespannt und zu Schwingungen angeregt werden. Ein elektrisches Feld (Elektroden: blau) sorgt dafür, das nur zwei der vielen möglichen Zustände angesteuert werden. (Bild: M. J. Hartmann, TUM)

Wird ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen an beiden Enden fest eingespannt und zu Schwingungen angeregt wie eine Gitarrensaite, schwingt es erstaunlich lange. „Man würde erwarten, dass ein solches System sehr stark gedämpft ist und die Schwingung schnell abklingt“, sagt Simon Rips, Erstautor der Arbeit. „Tatsächlich aber schwingt die Saite über eine Million Mal. Die Information bleibt damit bis zu einer Sekunde erhalten. Das ist lange genug, um damit arbeiten zu können.“

Da eine solche Saite zwischen vielen physikalisch gleichwertigen Zuständen hin und her schwingt, griffen die Physiker zu einem Trick: Ein elektrisches Feld in der Nähe des Nanoröhrchens sorgt dafür, dass nur zwei dieser Zustände angesteuert werden. Die Informationen können dann optoelektronisch geschrieben und gelesen werden. „Unser Konzept basiert auf verfügbarer Technik“, sagt Michael Hartmann, Leiter der Emmy-Noether-Forschungsgruppe Quantenoptik und Quantendynamik an der TU München. „Es könnte uns der Realisierung eines Quantencomputers wieder ein Stück näher bringen“.

TUM / PH

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