Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Eine neue Art von Quanten-Bits

26.07.2016

Ein Forscherteam aus Deutschland, Frankreich und der Schweiz hat Quanten-Bits, kurz Qubits, in einer neuen Form umgesetzt. Eines Tages könnten diese die Informationseinheiten eines Quantencomputers sein. Bislang hatten die Wissenschaftler Qubits in Form von einzelnen Elektronen realisiert. Das führte jedoch zu Störeffekten und machte die Informationsträger schwer zu programmieren und auszulesen. Dieses Problem beseitigte die Gruppe nun, indem sie Elektronenlöcher statt Elektronen als Qubits nutzte. Das Team berichtet in der Zeitschrift „Nature Materials“.

In den Computern der Zukunft könnten Informationen in Form von Quanten-Bits gespeichert sein. Aber wie kann man ein Quanten-Bit eigentlich realisieren?


Das Team vom Lehrstuhl für Festkörperphysik arbeitet mit winzigen Strukturen. Die Quantenpunkte, die die Forscher um Andreas Wieck erzeugen, sind gerade einmal 30 Nanometer breit.

RUB, Marquard


Mit dieser Apparatur erzeugte Doktorand Sascha René Valentin Quantenpunkte mit Elektronenlöchern.

RUB, Marquard

Ein Forscherteam aus Deutschland, Frankreich und der Schweiz hat Quanten-Bits, kurz Qubits, in einer neuen Form umgesetzt. Eines Tages könnten diese die Informationseinheiten eines Quantencomputers sein.

Bislang hatten die Wissenschaftler Qubits in Form von einzelnen Elektronen realisiert (http://aktuell.ruhr-uni-bochum.de/pm2012/pm00090.html.de). Das führte jedoch zu Störeffekten und machte die Informationsträger schwer zu programmieren und auszulesen. Dieses Problem beseitigte die Gruppe nun, indem sie Elektronenlöcher statt Elektronen als Qubits nutzte.

In der Zeitschrift „Nature Materials“ berichtet ein Team der Ruhr-Universität Bochum, der Universität Basel und der Universität Lyon, an dem unter anderem die beiden Bochumer Forscher Prof. Dr. Andreas Wieck und Dr. Arne Ludwig vom Lehrstuhl für Angewandte Festkörperphysik beteiligt waren. Der Schweizer Wissenschaftler Prof. Dr. Richard Warburton leitete das Projekt.

Elektronen als Qubits

Um Qubits in Form von Elektronen umzusetzen, sperrt man ein Elektron in einem umgrenzten Bereich eines Halbleiters ein, im sogenannten Quantenpunkt. Der Spin, also der Eigendrehimpuls macht das Elektron zu einem kleinen Dauermagneten. Forscher können den Spin über ein äußeres Magnetfeld beeinflussen und in Kreiselbewegungen versetzen. Mit der Richtung dieser Bewegung können sie Informationen codieren.

Das Problem: Die Kernspins der umliegenden Atome erzeugen ebenfalls Magnetfelder, die das äußere Magnetfeld in zufälliger, unvorhersehbarer Weise verzerren. Das stört das Programmieren und Auslesen der Qubits. Also suchte das Team nach einer anderen Methode. Die Lösung: Statt einzelne Elektronen im Quantenpunkt einzusperren, entfernte das Team gezielt bestimmte Elektronen. Dadurch entstanden positiv geladene Fehlstellen in der Elektronenmenge, auch Elektronenlöcher genannt.

Vorteile von Elektronenlöchern

Die Elektronenlöcher besitzen ebenfalls einen Spin, den die Forscher über Magnetfelder manipulieren können, um Informationen zu codieren. Da die Löcher positiv geladen sind, gehen sie den ebenfalls positiv geladenen Kernen der umgebenden Atome aus dem Weg. Somit sind sie quasi immun gegen die störenden Einflüsse der Kernspins.

„Das ist wichtig, wenn man eines Tages reproduzierbare Bauteile herstellen möchte, die auf Quanten-Bits basieren“, erklärt Andreas Wieck. Allerdings funktioniert die Methode nur bei tiefen Temperaturen, da Wärme die Löcher tendenziell leichter durcheinanderbringt als Elektronen.

An der Ruhr-Universität können Forscher Quantenpunkte mit weltweit einzigartiger Qualität herstellen. Das Experiment war nun Dank eines von Arne Ludwig in Basel entwickelten und dann an der RUB am Lehrstuhl von Andreas Wieck realisierten Strukturdesigns möglich. Hierbei konnten die Forscher die Quantenpunkte nicht nur in hoher Qualität mit einzelnen Elektronen, sondern auch mit Elektronenlöchern versehen. Der Bochumer Doktorand Sascha René Valentin setzte das Verfahren für die aktuelle Studie ein.

Förderung

Das Projekt wurde gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG TRR160), dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (Q.com-H 16KIS0109), der Europäischen Union im FP7-Programm (IPN S3NANO), dem National Centre of Competence in Research „Quantum Science and Technology“ und dem Schweizerischen Nationalfonds (200020 156637).

Originalveröffentlichung

Jonathan H. Prechtel, Andreas V. Kuhlmann, Julien Houel, Arne Ludwig, Sascha R. Valentin, Andreas D. Wieck, Richard J. Warburton (2016): The hole spin qubit: decoupling from the nuclear spins, in: Nature Materials, 2016, DOI: 10.1038/nmat4704

Pressekontakt

Prof. Dr. Andreas Wieck, Lehrstuhl für Angewandte Festkörperphysik, Fakultät für Physik und Astronomie, Ruhr-Universität Bochum, Tel.: 0234 32 26726, E-Mail: andreas.wieck@rub.de

Redaktion: Dr. Julia Weiler

Meike Drießen | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Heiß & kalt – Gegensätze ziehen sich an
25.04.2017 | Universität Wien

nachricht Astronomen-Team findet Himmelskörper mit „Schmauchspuren“
25.04.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie