Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Elektrisch steuerbare Quantenbits realisiert

02.09.2013
Mehr ist manchmal weniger Aufwand, zumindest in der Quantenwelt. Ein internationales Forscherteam hat erstmals ein Quantenbit – die Informationseinheit von Quantencomputern – hergestellt und gesteuert, das aus drei sogenannten Quantenpunkten besteht.

Der Versuch belegt, dass sich solche Triplett-Quantenbits einfacher kontrollieren lassen als Quantenbits aus einem einzelnen oder zwei Quantenpunkten. Dies hatte der beteiligte Jülicher Physiker Prof. David P. DiVincenzo bereits im Jahr 2000 vorhergesagt. Die Ergebnisse wurden gestern in der Fachzeitschrift „Nature Nanotechnology“ veröffentlicht (DOI: 10.1038/nnano.2013.168).


Lithografisch strukturierte Galliumarsenidschicht mit einem elektrisch steuerbaren Qubit. Drei Quantenpunkte, durch kleine rote Kreise markiert, bilden das Qubit, das sich über Kontakte (unten im Bild) elektrisch steuern lässt. Der große rote Kreis gibt die Lage des Sensors an, der das Qubit auslesen kann. Quelle: Forschungszentrum Jülich/Nature Nanotechnology

Quantencomputer sollen einmal Rechnungen lösen, mit denen heutige Computer viele Jahre beschäftigt oder völlig überfordert wären. Möglich ist dies durch die besonderen Eigenschaften der Quantenwelt. Während herkömmliche Computer mit Bits, den Informationseinheiten „Null“ und „Eins“, rechnen, verarbeiten Quantenrechner Quantenbits, kurz Qubits. Qubits können die Zustände „Null“ und „Eins“ gleichzeitig annehmen und dadurch Aufgaben parallel lösen.

Um Qubits zu realisieren, gibt es viele Ideen. Als besonders vielversprechend gelten Quantenpunkte in Halbleitern, die bereits lange in Rechnern verwendet werden. Quantenpunkte sind winzige scheibenförmige Strukturen im Nanometer-Bereich. Ihre Ausdehnung ist so gering, dass die Elektronen nicht mehr frei beweglich sind und quantenmechanischen Regeln gehorchen. Der Drehimpuls der „eingesperrten“ Elektronen dient als Informationsträger. Denn der „Spin“, der den Elektronen ihr magnetisches Moment verleiht, kommt in zwei Varianten vor: „up“ und „down“ oder „Null“ und „Eins“.

Die Drehrichtung kodiert also die Information. Um sie festzulegen, nutzen bisherige Konzepte elektrische oder magnetische Felder. Dieses Verfahren benötigt viel Platz und ist ungenau: Weil jeder der Quantenpunkte physikalisch wie ein Ei dem anderen gleicht, passiert es leicht, dass die Felder ungewollt auch benachbarte Quantenpunkte beeinflussen.

Deshalb hatte Prof. David DiVincenzo, Direktor am Forschungszentrum Jülich und Institutsleiter an der RWTH Aachen, bereits im Jahr 2000 vorgeschlagen, Qubits aus drei Quantenpunkten zu konstruieren. Mit einem Elektronenspin pro Quantenpunkt lassen sich in einem solchen Qubit theoretisch acht unterscheidbare Zustände erzeugen.

Dass dies auch praktisch funktioniert, hat jetzt ein Team von Forschern aus Europa und den USA nachgewiesen, an dem auch der theoretische Physiker DiVincenzo beteiligt war. Es gelang ihnen, die Position und Orientierung der Spins in drei Quantenpunkten allein durch elektrische Spannung gezielt und schnell zu steuern und auszulesen. Die notwendigen stromführenden Strukturen auf einer Halbleiteroberfläche von gut einem Quadratmikrometer Fläche erzeugten sie per Lithografie, einem erprobten, gut miniaturisierbaren Verfahren. Externe elektrische oder Magnetfelder benötigten sie nicht.

Mit Kolleginnen und Kollegen am Forschungszentrum sowie an der RWTH Aachen erforscht DiVincenzo unter dem Dach der Jülich Aachen Research Alliance JARA verschiedene Konzepte und Materialien für die Realisierung des Quantencomputing. Quantenbits in Halbleitermaterialien bilden einen Forschungsschwerpunkt.

Originalveröffentlichung:
Self-Consistent Measurement and State Tomography of an Exchange-Only Spin Qubit;
J. Medford et al.;
Nature Nanotechnology 2013, published online 01.09.2013,
DOI: 10.1038/nnano.2013.168
Article: http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2013.168.html
Weitere Informationen:
Institutsbereich „Theoretische Nanoelektronik (PGI-2 / IAS-3):
http://www.fz-juelich.de/pgi/pgi-2/
Institut für Quanteninformation:
http://www.physik.rwth-aachen.de/institute/institut-fuer-quanteninformation/
Jülich Aachen research Alliance – Fundamentals of Future Information Technology:

http://www.jara.org/de/research/jara-fit/

Ansprechpartner:
Prof. David DiVincenzo
Theoretische Nanoelektronik (PGI-2 / IAS-3),
Forschungszentrum Jülich
Tel. 02461 61-9069
d.divincenzo@fz-juelich.de
Pressekontakt:
Angela Wenzik
Wissenschaftsjournalistin, Forschungszentrum Jülich
Tel. 02461 61-6048
a.wenzik@fz-juelich.de

Annette Stettien | Forschungszentrum Jülich
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de
http://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/DE/2013/13-09-02Triplett-Qubits.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Leibniz-IWT an Raumfahrtmission beteiligt: Bremer unterstützen Experimente im All
14.08.2018 | Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien

nachricht Intensive Laser-Cluster Wechselwirkungen führen zu niedrigenergetischer Elektronenemission
09.08.2018 | Forschungsverbund Berlin e.V.

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: Neue interaktive Software: Maschinelles Lernen macht Autodesigns aerodynamischer

Neue Software verwendet erstmals maschinelles Lernen um Strömungsfelder um interaktiv designbare 3D-Objekte zu berechnen. Methode wird auf der renommierten SIGGRAPH-Konferenz vorgestellt

Wollen Ingenieure oder Designer die aerodynamischen Eigenschaften eines neu gestalteten Autos, eines Flugzeugs oder anderer Objekte testen, lassen sie den...

Im Focus: New interactive machine learning tool makes car designs more aerodynamic

Scientists develop first tool to use machine learning methods to compute flow around interactively designable 3D objects. Tool will be presented at this year’s prestigious SIGGRAPH conference.

When engineers or designers want to test the aerodynamic properties of the newly designed shape of a car, airplane, or other object, they would normally model...

Im Focus: Der Roboter als „Tankwart“: TU Graz entwickelt robotergesteuertes Schnellladesystem für E-Fahrzeuge

Eine Weltneuheit präsentieren Forschende der TU Graz gemeinsam mit Industriepartnern: Den Prototypen eines robotergesteuerten CCS-Schnellladesystems für Elektrofahrzeuge, das erstmals auch das serielle Laden von Fahrzeugen in unterschiedlichen Parkpositionen ermöglicht.

Für elektrisch angetriebene Fahrzeuge werden weltweit hohe Wachstumsraten prognostiziert: 2025, so die Prognosen, wird es jährlich bereits 25 Millionen...

Im Focus: Robots as 'pump attendants': TU Graz develops robot-controlled rapid charging system for e-vehicles

Researchers from TU Graz and their industry partners have unveiled a world first: the prototype of a robot-controlled, high-speed combined charging system (CCS) for electric vehicles that enables series charging of cars in various parking positions.

Global demand for electric vehicles is forecast to rise sharply: by 2025, the number of new vehicle registrations is expected to reach 25 million per year....

Im Focus: Der „TRiC” bei der Aktinfaltung

Damit Proteine ihre Aufgaben in Zellen wahrnehmen können, müssen sie richtig gefaltet sein. Molekulare Assistenten, sogenannte Chaperone, unterstützen Proteine dabei, sich in ihre funktionsfähige, dreidimensionale Struktur zu falten. Während die meisten Proteine sich bis zu einem bestimmten Grad ohne Hilfe falten können, haben Forscher am Max-Planck-Institut für Biochemie nun gezeigt, dass Aktin komplett von den Chaperonen abhängig ist. Aktin ist das am häufigsten vorkommende Protein in höher entwickelten Zellen. Das Chaperon TRiC wendet einen bislang noch nicht beschriebenen Mechanismus für die Proteinfaltung an. Die Studie wurde im Fachfachjournal Cell publiziert.

Bei Aktin handelt es sich um das am häufigsten vorkommende Protein in höher entwickelten Zellen, das bei Prozessen wie Zellstabilisation, Zellteilung und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Das Architekturmodell in Zeiten der Digitalen Transformation

14.08.2018 | Veranstaltungen

EEA-ESEM Konferenz findet an der Uni Köln statt

13.08.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung in der chemischen Industrie

09.08.2018 | Veranstaltungen

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

Kleine Helfer bei der Zellreinigung

14.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

Neue Oberflächeneigenschaften für holzbasierte Werkstoffe

14.08.2018 | Materialwissenschaften

Fraunhofer IPT unterstützt Zweitplatzierten bei SpaceX-Wettbewerb

14.08.2018 | Förderungen Preise

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