Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein wichtiger Schritt auf dem Weg zum Quantencomputer

11.02.2010
Forschern gelingt Trennung von verschränkten Elektronen durch den Einsatz von Kohlenstoff-Nanoröhren

Nach den theoretischen Grundsätzen der Quantenmechanik können zwei mikroskopisch kleine Objekte miteinander verschränkt sein. In diesem Fall sind beide Objekte auf komplexe Art und Weise verbunden, wobei diese Verbindung unter gewissen Umständen auch dann bestehen bleibt, wenn die beiden Objekte räumlich voneinander getrennt werden.

Es ist möglich, nach einer solchen Trennung das eine Objekt derart zu stören, dass dies beim anderen messbar ist. Da die beiden Objekte dabei keine Information mehr untereinander austauschen, scheinen die Teilchen den Messprozess des jeweils anderen bereits vor dessen Eintreten zu kennen. Es zeigt sich also, dass die Werte der Messungen für die beiden Teilchen trotz der räumlichen Trennung streng korreliert bzw. aufeinander bezogen sind.

Dieser - nach den Physikern Einstein, Podolski und Rosen - so genannte EPR-Effekt wurde auf dem Gebiet der Informations- und Kommunikationstechnologie schon frühzeitig herangezogen, um Theorien darüber aufzustellen, wie sich diese seltsame Wechselwirkung verschränkter Teilchen für die Übermittlung und Verschlüsselung von Daten nutzen lassen könnte. Der experimentelle Nachweis von miteinander verschränkten Photonen bzw. Lichtteilchen gelang bereits in den 1980er Jahren in den Bell Laboratorien in den USA. Für die Entwicklung von Quantencomputern ist aber eine stärkere Wechselwirkung erforderlich, die viel eher zwischen Elektronen als zwischen Photonen möglich ist. Von besonderem Interesse wäre die Verschränkung von Elektronen in einem Festkörper, die sich aber bislang noch nicht ausreichend experimentell nachweisen ließ.

In diesem Zusammenhang ist einem internationalen Forscherteam, an dem neben Prof. Dr. Christoph Strunk und Lorenz Herrmann vom Institut für Experimentelle und Angewandte Physik der Universität Regensburg auch Forscher aus Frankreich und Spanien beteiligt waren, ein bedeutender Schritt in die richtige Richtung gelungen. Die Wissenschaftler konnten nachweisen, dass sich quantenmechanisch verschränkte Elektronen in Festkörpern räumlich voneinander trennen lassen. Für ihre Arbeit griffen die Forscher auf Kohlenstoff-Nanoröhren zurück. Im Rahmen ihrer Experimente ließen die Forscher verschränkte Elektronen - so genannte Cooper-Paare - über eine Supraleiter-Brücke fließen, bis diese eine Kohlenstoff-Nanoröhre erreichten, die dann als elektronisches Äquivalent eines Strahlenteilers diente. In verschiedenen Fällen trennten sich daraufhin die Elektronen und wurden zu den unterschiedlichen Messpunkten geleitet. Der experimentelle Nachweis des EPR-Effekts, also die Bestätigung darüber, dass die experimentell getrennten Elektronen trotz der räumlichen Distanz weiterhin verschränkt sind, steht nun auf der Agenda des Forscherteams. Derzeit wird global an diesem experimentellen Nachweis gearbeitet, der einen herausragenden Durchbruch in der Quantenphysik darstellen würde. Die Gruppe um den Regensburger Physiker Prof. Strunk liegt dabei sehr gut im Rennen.

Die Nutzung des Effekts der Quantenverschränkung ist von zentraler Bedeutung für die Entwicklung von Quantencomputern und neuen Kommunikationstechnologien, wobei die Anwendungen in Festkörpern einfacher in elektronische Schaltkreise zu integrieren sein dürften. Quantencomputer sind derzeit noch hypothetische Rechner, die aber in der Lage wären, komplexe Rechenoperationen in einem Bruchteil der Zeit eines herkömmlichen Computers zu erledigen. Die jüngsten Ergebnisse des internationalen Forscherteams bieten darüber hinaus vielfältige Perspektiven für die Analyse quantenmechanischer Effekte in Festkörper-Systemen.

Die Ergebnisse der Experimente der Physiker wurden vor kurzem in der renommierten Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht. Darüber hinaus widmete die Zeitschrift Physics diesen bahnbrechenden Forschungsergebnissen in einer Ausgabe im Januar 2010 einen eigenen "Viewpoint".

Publikationen:
1.
L. G. Herrmann, F. Portier, P. Roche, A. Levy Yeyati, T. Kontos, and C. Strunk
Carbon Nanotubes as Cooper-Pair Beam Splitters
Physical Review Letters 104, 026801 (2010) - Published January 11, 2010
2.
Nadya Mason
Viewpoint in Physics 3, 3 (2010) DOI: 10.1103/Physics.3.3
Carbon nanotubes help pairs survive a breakup
Ansprechpartner für Medienvertreter:
Prof. Dr. Christoph Strunk
Universität Regensburg
Institut für Experimentelle und Angewandte Physik
Tel.: 0941 943-3199
Christoph.Strunk@physik.uni-regensburg.de

Alexander Schlaak | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-regensburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Atome rennen sehen - Phasenübergang live beobachtet
30.03.2017 | Universität Duisburg-Essen

nachricht Flipper auf atomarem Niveau
30.03.2017 | Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie

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: Atome rennen sehen - Phasenübergang live beobachtet

Ein Wimpernschlag ist unendlich lang dagegen – innerhalb von 350 Billiardsteln einer Sekunde arrangieren sich die Atome neu. Das renommierte Fachmagazin Nature berichtet in seiner aktuellen Ausgabe*: Wissenschaftler vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben die Bewegungen eines eindimensionalen Materials erstmals live verfolgen können. Dazu arbeiteten sie mit Kollegen der Universität Paderborn zusammen. Die Forscher fanden heraus, dass die Beschleunigung der Atome jeden Porsche stehenlässt.

Egal wie klein sie sind, die uns im Alltag umgebenden Dinge sind dreidimensional: Salzkristalle, Pollen, Staub. Selbst Alufolie hat eine gewisse Dicke. Das...

Im Focus: Kleinstmagnete für zukünftige Datenspeicher

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Chemikern der ETH Zürich hat eine neue Methode entwickelt, um eine Oberfläche mit einzelnen magnetisierbaren Atomen zu bestücken. Interessant ist dies insbesondere für die Entwicklung neuartiger winziger Datenträger.

Die Idee ist faszinierend: Auf kleinstem Platz könnten riesige Datenmengen gespeichert werden, wenn man für eine Informationseinheit (in der binären...

Im Focus: Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

Wie kann man Quanteninformation zuverlässig übertragen, wenn man in der Verbindungsleitung mit störendem Rauschen zu kämpfen hat? Uni Innsbruck und TU Wien präsentieren neue Lösungen.

Wir kommunizieren heute mit Hilfe von Funksignalen, wir schicken elektrische Impulse durch lange Leitungen – doch das könnte sich bald ändern. Derzeit wird...

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Nierentransplantationen: Weisse Blutzellen kontrollieren Virusvermehrung

30.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Zuckerrübenschnitzel: der neue Rohstoff für Werkstoffe?

30.03.2017 | Materialwissenschaften

Integrating Light – Your Partner LZH: Das LZH auf der Hannover Messe 2017

30.03.2017 | HANNOVER MESSE