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 Planeten außerhalb unseres Sonnensystems: Bayreuther Forscher dringen tief ins Weltall vor
23.02.2017 | Universität Bayreuth

nachricht Kühler Zwerg und die sieben Planeten
23.02.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

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: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie