Baukasten für Quantenzustände

  • 13. June 2016

Elektronen-Zustände lassen sich in einem Gitter von Quanten­töpfen präzise ver­ändern.

Die Anwendung der Quantenmechanik ist schwierig, weil jede Messung den gemessenen Zustand verändert. Techno­logien wie beispiels­weise Quanten­computer können entsprechend nur auf der Basis von bekannten, ein­deutig defi­nierten und wenig komplexen Inter­aktionen zwischen einzelnen Teilchen ent­worfen werden. Forscher der Uni Basel haben nun ein Verfahren ent­wickelt, mit dem man solche Wechsel­wirkungen an einem gut defi­nierten System studieren kann.

Quanten-Baukasten

Abb.: Mithilfe der Spitze des Raster­tunnel­mikro­skops wird ein einzelnes Xenon-Atom (gelb) aus einem Quanten­topf (blau) entfernt und so der elektro­nische Quanten­zustand gezielt verändert. (Bild: U. Basel)

In der elektronischen Messtechnik werden Steckbretter verwendet, an denen Proto­typen von elektro­nischen Schaltungen konstruiert und getestet werden können. Das Verfahren des inter­nationalen Teams um Thomas Jung funktioniert ähnlich. Mit der Methode können die Forscher ein Netz von Quanten­töpfen zum ersten Mal so konfi­gurieren, dass verschiedene elektro­nische Quanten­zustände entstehen.

Das Forschungsteam hat eine etablierte Methode weiter­ent­wickelt, bei der mit­hilfe von einem Raster­tunnel­mikro­skop Atome versetzt werden, wodurch ein­deutig definierte Quanten­systeme her­ge­stellt werden. Durch das gezielte Umsetzen von Xenon-Atomen in den Quanten­töpfen ist es ihnen somit gelungen, ver­schiedene Besetzungen zu erzeugen, welche unter­schied­lichen Quanten­zuständen entsprechen.

Die Entwicklung der Quantentechnologie ist auf ein detailliertes Verständnis der Wechsel­beziehungen ver­schiedener Elektronen­zuständen ange­wiesen. Mit der neu ent­wickelten Methode können Quanten­zustände präzise repro­duziert und Inter­aktionen zwischen ver­schiedenen chemischen Elementen und gut defi­nierten Elektronen­zuständen unter­sucht werden – eine „unbe­grenzte Spiel­wiese für die Erforschung von Quanten­zuständen“, so die Forscher.

U. Basel / RK

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