Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Quantenzustände im atomaren Baukasten gesteuert

09.06.2016

Ein internationales Konsortium mit Forschern der Universität Basel hat ein Verfahren entwickelt, um quantenmechanische Zustände von Elektronen in einem Gitter von Quantentöpfen präzise zu verändern. Mit der Methode können die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Atomsorten und Elektronen erforscht werden, was für die Quantentechnologie unerlässlich ist, berichten die Wissenschaftler im Journal «Small».

Die Anwendung der Quantenmechanik gestaltet sich deshalb schwierig, weil jede Messung den gemessenen Zustand verändert. Technologien wie beispielsweise Quantencomputer können entsprechend nur auf der Basis von bekannten, eindeutig definierten und wenig komplexen Interaktionen zwischen einzelnen Teilchen entworfen werden.

Am Departement Physik und dem Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel wurde nun ein Verfahren entwickelt, mit denen man solche Wechselwirkungen an einem gut definierten System studieren kann.

Ähnlich einem Steckbrett in der Elektrotechnik

In der elektronischen Messtechnik und Lehre werden sogenannte Steckbretter verwendet, an denen Prototypen von elektronischen Schaltungen konstruiert und getestet werden können. Das Verfahren des internationalen Konsortiums um Prof. Thomas Jung von der Universität Basel funktioniert ähnlich: Mit der neuen Methode können die Forscher ein Netzwerk von sogenannten Quantentöpfen zum ersten Mal so konfigurieren, dass verschiedene elektronische Quantenzustände entstehen.

Ein Quantentopf ist eine künstlich hergestellte Struktur, die die Bewegungsfreiheit eines Teilchens so einschränkt, dass es sich nur in zwei Dimensionen bewegen kann. Damit wird die Komplexität der Teilcheninteraktion verringert und die Messung und deren Auswertung vereinfacht.

Das Forschungsteam hat eine etablierte Methode weiterentwickelt, bei der mithilfe von einem Rastertunnelmikroskop Atome, eines nach dem anderen, versetzt werden, wodurch eindeutig definierte Quantensysteme hergestellt werden. Durch das gezielte Umsetzen von Xenon-Atomen in den Quantentöpfen ist es ihnen somit gelungen, verschiedene Besetzungen zu erzeugen, welche unterschiedlichen Quantenzuständen entsprechen.

Grundlegend für Quantentechnologie

Die Entwicklung der Quantentechnologie ist auf ein detailliertes Verständnis der Wechselbeziehungen verschiedener Elektronenzuständen, zum Beispiel in verschiedenen Atomen angewiesen. Mit der von den Physikern entwickelten Methode können Quantenzustände präzise reproduziert und Interaktionen zwischen verschiedenen chemischen Elementen und gut definierten Elektronenzuständen untersucht werden – eine «unbegrenzte Spielwiese für die Erforschung von Quantenzuständen», wie die Forscher im Journal «Small» schreiben.

Das Projekt war dank Beiträgen verschiedener Institutionen erfolgreich. Forscher aus Linköping (Schweden) entwarfen die Modelle, die verwendeten Moleküle wurden in Heidelberg (Deutschland) synthetisiert und Wissenschaftler aus San Sebastián (Spanien) führten eine komplizierte spezifische Messung durch.

Originalbeitrag

Sylwia Nowakowska, Aneliia Wäckerlin, Ignacio Piquero-Zulaica, Jan Nowakowski, Shigeki Kawai, Christian Wäckerlin, Manfred Matena, Thomas Nijs, Shadi Fatayer, Olha Popova, Aisha Ahsan, S. Fatameh Mousavi, Toni Ivas, Ernst Meyer, Meike Stöhr, J. Enrique Ortega, Jonas Björk, Lutz H. Gade, Jorge Lobo-Checa, and Thomas A. Jung
Configuring Electronic States in an Atomically Precise Array of Quantum Boxes
Small 2016,00, 1–6 | doi: 10.1002/smll.201600915

Weitere Auskünfte

Prof. Dr. Thomas A. Jung, Universität Basel, Nanolab, Tel.: +41 56 310 45 18, E-Mail: thomas.jung@psi.ch.

Weitere Informationen:

https://www.unibas.ch/en/News-Events/News/Uni-Research/Controlling-Quantum-State...

Olivia Poisson | Universität Basel

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Tanz mit dem Feind
12.12.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Bose-Einstein-Kondensate können Gravitationswellen derzeit wohl kaum nachweisen
12.12.2018 | Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

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: Quantenkryptographie ist bereit für das Netz

Wiener Quantenforscher der ÖAW realisierten in Zusammenarbeit mit dem AIT erstmals ein quantenphysikalisch verschlüsseltes Netzwerk zwischen vier aktiven Teilnehmern. Diesen wissenschaftlichen Durchbruch würdigt das Fachjournal „Nature“ nun mit einer Cover-Story.

Alice und Bob bekommen Gesellschaft: Bisher fand quantenkryptographisch verschlüsselte Kommunikation primär zwischen zwei aktiven Teilnehmern, zumeist Alice...

Im Focus: An energy-efficient way to stay warm: Sew high-tech heating patches to your clothes

Personal patches could reduce energy waste in buildings, Rutgers-led study says

What if, instead of turning up the thermostat, you could warm up with high-tech, flexible patches sewn into your clothes - while significantly reducing your...

Im Focus: Tödliche Kombination: Medikamenten-Cocktail dreht Krebszellen den Saft ab

Zusammen mit einem Blutdrucksenker hemmt ein häufig verwendetes Diabetes-Medikament gezielt das Krebswachstum – dies haben Forschende am Biozentrum der Universität Basel vor zwei Jahren entdeckt. In einer Folgestudie, die kürzlich in «Cell Reports» veröffentlicht wurde, berichten die Wissenschaftler nun, dass dieser Medikamenten-Cocktail die Energieversorgung von Krebszellen kappt und sie dadurch abtötet.

Das oft verschriebene Diabetes-Medikament Metformin senkt nicht nur den Blutzuckerspiegel, sondern hat auch eine krebshemmende Wirkung. Jedoch ist die gängige...

Im Focus: Lethal combination: Drug cocktail turns off the juice to cancer cells

A widely used diabetes medication combined with an antihypertensive drug specifically inhibits tumor growth – this was discovered by researchers from the University of Basel’s Biozentrum two years ago. In a follow-up study, recently published in “Cell Reports”, the scientists report that this drug cocktail induces cancer cell death by switching off their energy supply.

The widely used anti-diabetes drug metformin not only reduces blood sugar but also has an anti-cancer effect. However, the metformin dose commonly used in the...

Im Focus: New Foldable Drone Flies through Narrow Holes in Rescue Missions

A research team from the University of Zurich has developed a new drone that can retract its propeller arms in flight and make itself small to fit through narrow gaps and holes. This is particularly useful when searching for victims of natural disasters.

Inspecting a damaged building after an earthquake or during a fire is exactly the kind of job that human rescuers would like drones to do for them. A flying...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Konferenz zu Usability und künstlicher Intelligenz an der Universität Mannheim

13.12.2018 | Veranstaltungen

Show Time für digitale Medizin-Innovationen

13.12.2018 | Veranstaltungen

ICTM Conference 2019 in Aachen: Digitalisierung als Zukunftstrend für den Turbomaschinenbau

12.12.2018 | Veranstaltungen

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

Quantenkryptographie ist bereit für das Netz

13.12.2018 | Informationstechnologie

Cyber-Schutz für Stromtankstellen

13.12.2018 | Informationstechnologie

Gold-Recycling

13.12.2018 | Biowissenschaften Chemie

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