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 Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Astrophysik

nachricht Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt
22.06.2017 | Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)

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: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften