Stabile Elektronen-Spins rücken Quantencomputer in greifbare Nähe

Damit ist ein wichtiger Meilenstein zur Realisierung von Elektronenspin-Speichern und zur Entwicklung von Quantencomputern geschaffen. Vor einigen Jahren wurde die Elektronenspinstabilität noch auf Mikrosekunden geschätzt. Die Forschungsergebnisse werden heute (31. Januar 2008) in der renommierten Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

Die Stabilität von Elektronenspins ist eine wichtige Voraussetzung für die Realisierung von Elektronenspin-Speichern und für die Entwicklung des heute noch hypothetischen Quantencomputers. Quantencomputer, die Supercomputer der Zukunft, basieren auf der Idee, Quantenphysik fuer Computer-Rechnungen zu verwenden. Sie sollen dereinst in der Lage sein, komplizierte Rechenprozesse in kürzester Zeit zu erledigen. Zum Beispiel für die Entschlüsselung eines RSA-Sicherheitscodes, wie er heute im E-Banking verwendet wird, würde ein Quantencomputer statt einem Jahr nur noch wenige Sekunden benötigen.

Im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit zwischen der Forschungsgruppe um Prof. Dominik Zumbühl vom Swiss Nanoscience Institut an der Universität Basel und dem Massachusetts Institute of Technology (MIT) ist es nun erstmals gelungen, den magnetischen Zustand eines einzelnen Elektrons, den so genannten Elektronenspin, während einer ganzen Sekunde stabil zu halten. Die Physiker isolierten dazu ein einzelnes Elektron in einer durch Nanostrukturen erzeugten Falle, bei einer sehr tiefen Temperatur von einem Zehntel Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt. Zusätzlich setzten sie das Elektron starken Magnetfeldern aus, wie sie auch bei Magnetresonanztomographen verwendet werden.

Das Konzept geht auf eine Vorhersage des Basler Physikprofessors Daniel Loss zurück. Die vorliegenden Experimente bestätigen dessen Rechnungen sehr präzise. Verwendet man die Verschränkung (eine Art Korrelation, z.B. zwischen zwei Elektronen, die in der Quantenphysik möglich ist, nicht aber in der klassischen Physik) mehrerer benachbarter Elektronenspins, so könnte daraus der Quantencomputer realisiert werden.

Swiss Nanoscience Institute
Das Swiss Nanoscience Institute (SNI) ging aus dem Nationalen Forschungsschwerpunkt (NFS) Nanowissenschaften hervor und bildet einen universitären Forschungsschwerpunkt an der Universität Basel. Im SNI wird grundlagenwissenschaftliche mit anwendungsorientierter Forschung verknüpft. Innerhalb verschiedener Projekte beschäftigen sich die Forschenden mit Strukturen im Nanometerbereich. Sie möchten Impulse für Lebenswissenschaften, Nachhaltigkeit, Informations- und Kommunikationstechnologie geben. Die Universität Basel fungiert als Leading House und koordiniert das NFS-Netzwerk aus Hochschul- und Forschungsinstituten und Industriepartnern, das vom Schweizerischen Nationalfonds im Auftrag des Bundes durchgeführt wird, sowie das vom Kanton Aargau finanzierte Argovia-Netzwerk. Mit Gründung des SNI sichert sich die Universität Basel ihre international anerkannte Stellung als Exzellenzzentrum für Nanowissenschaften.
Weitere Auskünfte
Prof. Dr. Dominik Zumbühl, Departement Physik der Universität Basel, Klingelbergstrasse 82, 4056 Basel. Tel. 061 267 36 93, E-Mail: Dominik.Zumbuhl@unibas.ch
Originalpublikation
Phys. Rev. Lett. (2008).
DOI: 10.1103/PhysRevLett.
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