Rauschen in Quantenmessungen

Die Herausgeber des weltweit wichtigsten Wissenschafts-Fachmagazins „Science“ haben in der aktuellen Ausgabe Forschungsarbeiten von Dortmunder Physikern gewürdigt.

Die Untersuchung des Wissenschaftler-Teams um Prof. Manfred Bayer wurde als „Editor's choice“ gewählt. Mit der Editor's choice würdigt das Magazin herausragende physikalische Forschungsergebnisse, die in anderen wichtigen Fachzeitschriften veröffentlicht wurden. Ursprünglich hatte das Team seine Ergebnisse in „Physical Review Letters“, der bedeutendsten physikalischen Fachzeitschrift veröffentlicht.

Das Projekt der Dortmunder Physiker, das in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Dr. Scott Crooker in Los Alamos entstand, beschäftigt sich mit dem Messen von Quantenzuständen in ungeordneten Systemen. Generell herrscht die Meinung, dass diese Unordnung – das Rauschen – in Messungen nur eine Störgröße ist, und keine Information daraus gewonnen werden kann.

Dass das jedoch nicht immer sein muss, zeigen die Wissenschaftler bei der Betrachtung eines völlig ungeordneten Systems von Spins – einer quantenmechanischen Eigenschaft von Elementarteilchen – in künstlichen Atomen. Diese so genannten Halbleiterquantenpunkte stammen aus einer Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Andreas Wieck aus Bochum.

Legt man an diese künstlichen Atome ein Magnetfeld an, so drehen sich die Spins um dieses Magnetfeld, allerdings immer noch völlig ungeordnet. Doch die Dortmunder Physiker untersuchten diese Unordnung hinreichend lange und konnten so wichtige Informationen gewinnen. Die große Schwierigkeit: die riesigen Datenmengen, die in Realzeit verarbeitet werden müssen – rund ein Terabyte in acht Minuten. Die Ergebnisse ihrer Forschung versetzen die Wissenschaftler in die Lage, wichtige Erkenntnisse über die Lebensdauer von Quantenzuständen zu gewinnen. Und da diese Quantenzustände der Informationsträger im Quantencomputer der Zukunft sind – und hier aufgrund ihrer äußerst geringen Lebensdauer eine der großen Herausforderungen darstellen – können die Dortmunder Forschungsergebnisse mit dazu beitragen, einen kleinen Schritt auf dem noch langen Weg zum Supercomputer zu gehen.

Literaturhinweis:
Phys. Rev. Lett. 104, 36601 (2010)