Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Stuttgarter Forschergruppe entdeckt molekulares Quantenbit mit langer Kohärenzzeit

21.10.2014

Langlebige Qubits bei Zimmertemperatur

Von effizienteren Datenbankabfragen bis zum Knacken von heute noch sicheren Verschlüsselungscodes: Die Entwicklung eines konkurrenzfähigen Quantencomputers würde ein neues digitales Zeitalter einläuten.


Struktur des Qubits (oben rechts) und dreidimensionale Darstellung der Kohärenzzerfallskurven.

Universität Stuttgart

Bisher konzentriert sich die Forschung noch auf die Suche nach den Recheneinheiten, den sogenannten Quantenbits (kurz: Qubits). Diese kennen im Gegensatz zu normalen Bits nicht nur die Zustände 0 und 1, sondern auch beliebige Überlagerungen dieser beiden Zustände.

Damit man mit Qubits sinnvoll rechnen kann, müssen diese Überlagerungszustände allerdings eine lange Kohärenzzeit aufweisen, das heißt, von ausreichender Dauer sein.

Die Arbeitsgruppe von Prof. Joris van Slageren vom Institut für Physikalische Chemie der Universität Stuttgart veröffentlichte nun in der Fachzeitschrift Nature Communications Ergebnisse zu einer Koordinationsverbindung mit außergewöhnlich langen Kohärenzzeiten, die zudem über einen sehr großen Temperaturbereich funktioniert.

Bader, K. et al. Room temperature quantum coherence in a potential molecular qubit. Nat. Commun. 5:5304 doi: 10.1038/ncomms6304 (2014).

Für die Implementierung eines Quantenbits wurden bisher verschiedene physikalische Systeme vorgeschlagen. Besonders vielversprechende Beispiele sind dabei Elektronenspins in magnetischen Molekülen. Koordinationsverbindungen, bestehend aus einem Metallion mit organischen Gruppen (Liganden), bieten über einfache chemische Manipulationen nahezu grenzenlosen Spielraum für maßgeschneiderte physikalische Eigenschaften. Bekannt ist durch die Forschungen bereits, dass die Lebensdauer des Überlagerungszustandes (Superposition) durch benachbarte Kernspins erheblich verkürzt wird, da diese ein Störfeld verursachen.

Aufbauend auf diesem Wissen haben die Stuttgarter Physikochemiker eine Verbindung identifiziert, die besonders wenige Kernspins in der direkten Umgebung des Elektronenspins aufweist und somit großes Potential für lange Kohärenzzeiten hat.

Die Verbindung besteht aus einem zentralen Kupferion, eingebettet in einer organischen Hülle mit wenigen kernspintragenden Elementen. Die Ligandenhülle ist zudem sehr steif und flach und die Verbindung bildet im Festkörper besonders stabile, säulenförmige Stapel.

Die Stuttgarter Messungen zeigten, dass diese Design-Kriterien tatsächlich zu außergewöhnlich langen Kohärenzzeiten führen. Bei tiefen Temperaturen um sieben Kelvin konnte eine Lebensdauer von von 68 Mikrosekunden festgestellt werden. Dies übersteigt die bisherigen Werte molekularer Qubits, die im Bereich von wenigen Mikrosekunden lagen, um ein Vielfaches.

Zudem konnte die Kohärenz über einen außergewöhnlich breiten Temperaturbereich festgestellt werden: Während molekulare Qubits bis dato nur bei extremen Minusgraden Kohärenz zeigen, funktioniert das Stuttgarter Design auch bei Zimmertemperatur. Damit rückt die Realisierung von energieeffizienten Quantencomputern mit niedrigen Betriebskosten näher.

Die nächste Hürde auf dem Weg zu einer Anwendung in der Datenverarbeitung ist die strukturierte Abscheidung der Verbindung auf Oberflächen. Mit dieser Frage werden sich die Stuttgarter Forscher im nächsten Schritt befassen.

„Für den Bau eines Quantencomputers gilt es nicht nur, Verbindungen mit langen Kohärenzzeiten zu finden, sondern diese auch selektiv ansprechen zu können“, sagt die Diplom-Chemikerin Katharina Bader. Die Arbeit ist Teil ihrer vom Fonds der Chemischen Industrie geförderten Promotion. Die Messungen wurden in Kooperation mit der Universität Frankfurt durchgeführt und wurden finanziell von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und dem Center for Integrated Quantum Science and Technology (Stuttgart/Ulm) unterstützt

Weitere Informationen:
Prof. Joris van Slageren, Universität Stuttgart, Institut für Physikalische Chemie, Tel. 0711/685-64380,
E-Mail: slageren (at) ipc.uni-stuttgart.de
Katharina Bader, Universität Stuttgart, Institut für Physikalische Chemie, Tel. 0711/685-64414,
E-Mail: k.bader (at) ipc.uni-stuttgart.de
Andrea Mayer-Grenu, Universität Stuttgart, Abt. Hochschulkommunikation, Tel. 0711/685-82176,
E-Mail: andrea.mayer-grenu (at) hkom.uni-stuttgart.de

Andrea Mayer-Grenu | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-stuttgart.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Verbundprojekt SecRec gestartet: Mehr Angriffssicherheit dank dynamischer Hardware-Rekonfiguration
01.03.2017 | Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH, DFKI

nachricht Smart Living: VDE-Institut entwickelt Cloud-basierte interoperable Testplattform
15.02.2017 | VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Forscher ahmen molekulares Gedränge nach

Enzyme verhalten sich im geräumigen Reagenzglas anders als im molekularen Gedränge einer lebenden Zelle. Chemiker der Universität Basel konnten diese engen Bedingungen nun erstmals in künstlichen Vesikeln naturgetreu simulieren. Die Erkenntnisse helfen der Weiterentwicklung von Nanoreaktoren und künstlichen Organellen, berichten die Forscher in der Fachzeitschrift «Small».

Enzyme verhalten sich im geräumigen Reagenzglas anders als im molekularen Gedränge einer lebenden Zelle. Chemiker der Universität Basel konnten diese engen...

Im Focus: Researchers Imitate Molecular Crowding in Cells

Enzymes behave differently in a test tube compared with the molecular scrum of a living cell. Chemists from the University of Basel have now been able to simulate these confined natural conditions in artificial vesicles for the first time. As reported in the academic journal Small, the results are offering better insight into the development of nanoreactors and artificial organelles.

Enzymes behave differently in a test tube compared with the molecular scrum of a living cell. Chemists from the University of Basel have now been able to...

Im Focus: Mit Künstlicher Intelligenz das Gehirn verstehen

Wie entsteht Bewusstsein? Die Antwort auf diese Frage, so vermuten Forscher, steckt in den Verbindungen zwischen den Nervenzellen. Leider ist jedoch kaum etwas über den Schaltplan des Gehirns bekannt.

Wie entsteht Bewusstsein? Die Antwort auf diese Frage, so vermuten Forscher, steckt in den Verbindungen zwischen den Nervenzellen. Leider ist jedoch kaum etwas...

Im Focus: Wie Proteine Zellmembranen verformen

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor Oliver Daumke vom MDC erforscht. Er und sein Team haben nun aufgeklärt, wie sich diese Proteine auf der Oberfläche von Zellen zusammenlagern und dadurch deren Außenhaut verformen.

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor...

Im Focus: Safe glide at total engine failure with ELA-inside

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded after a glide flight with an Airbus A320 in ditching on the Hudson River. All 155 people on board were saved.

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

„Microbiology and Infection“ – deutschlandweit größte Fachkonferenz 5.-8. März in Würzburg

01.03.2017 | Veranstaltungen

Nebennierentumoren: Radioaktiv markierte Substanzen vermeiden unnötige Operationen

28.02.2017 | Veranstaltungen

350 Onlineforscher_innen treffen sich zur Fachkonferenz General Online Research an der HTW Berlin

28.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

„Microbiology and Infection“ – deutschlandweit größte Fachkonferenz 5.-8. März in Würzburg

01.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

CeBIT 2017: Automatisiertes Fahren: Sicheres Navigieren im Baustellenbereich

01.03.2017 | CeBIT 2017

Hybrid-Speicher mit Marktpotenzial: Batterie-Produktion goes Industrie 4.0

01.03.2017 | Energie und Elektrotechnik