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 Ein neues Experiment zum Verständnis der Dunklen Materie
14.06.2018 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

nachricht Quanten-Übertragung auf Knopfdruck
14.06.2018 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

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: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Im Focus: First real-time test of Li-Fi utilization for the industrial Internet of Things

The BMBF-funded OWICELLS project was successfully completed with a final presentation at the BMW plant in Munich. The presentation demonstrated a Li-Fi communication with a mobile robot, while the robot carried out usual production processes (welding, moving and testing parts) in a 5x5m² production cell. The robust, optical wireless transmission is based on spatial diversity; in other words, data is sent and received simultaneously by several LEDs and several photodiodes. The system can transmit data at more than 100 Mbit/s and five milliseconds latency.

Modern production technologies in the automobile industry must become more flexible in order to fulfil individual customer requirements.

Im Focus: ALMA entdeckt Trio von Baby-Planeten rund um neugeborenen Stern

Neuartige Technik, um die jüngsten Planeten in unserer Galaxis zu finden

Zwei unabhängige Astronomenteams haben mit ALMA überzeugende Belege dafür gefunden, dass sich drei junge Planeten im Orbit um den Säuglingsstern HD 163296...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

LymphomKompetenz KOMPAKT: Neues vom EHA2018

19.06.2018 | Veranstaltungen

Simulierter Eingriff am virtuellen Herzen

18.06.2018 | Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz – Schafft der Mensch seine Arbeit ab?

15.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

LymphomKompetenz KOMPAKT: Neues vom EHA2018

19.06.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Überdosis Calcium

19.06.2018 | Medizin Gesundheit

Lasertests unter Tiefsee-Bedingungen am LZH

19.06.2018 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics