Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Science: Quantenoszillator reagiert auf Druck

12.10.2012
Supraleitende Quantenbits könnten in ferner Zukunft die Bausteine von leistungsfähigen Computern werden.

Schon heute helfen sie, die Struktur von Festkörpern besser zu verstehen, wie Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie heute im Magazin Science vorstellen. Mittels Josephson-Kontakten haben sie die Schwingungen einzelner Atome ausgemessen, mit denen diese zwischen zwei Positionen „tunnelten“, also quantenmechanisch oszillierten. Durch Verformen der Probe änderte sich sogar die Frequenz. (DOI: 10.1126/science.1226487).


Im Diagramm sind Frequenzspektren gegen mechanische Verformung aufgetragen. Jedes atomare Quantensystem hinterlässt eine charakteristische weiße Linie. (Bild: KIT / CFN)

„Wir sind nun in der Lage, die Frequenzen einzelner tunnelnder Atome im Festkörper direkt zu kontrollieren“, sagen Alexey Ustinov und Georg Weiß, Professoren des Physikalischen Instituts am KIT und Mitglieder des Centers for Functional Nanostructures CFN. Bislang hatten es die Forscher bildlich gesprochen mit einer verschlossenen Kiste zu tun, in der es vielfältig klapperte. Nun gibt es nicht nur die Möglichkeit, die einzelnen Objekte darin zu vermessen, sondern auch kontrolliert ihre physikalischen Eigenschaften zu verändern.

Die dafür eingesetzte Probe besteht aus einem supraleitenden Ring, der durch einen nanometerdicken Nicht-Leiter, einem sogenannten Josephson-Kontakt, unterbrochen ist. Das auf diese Weise gebildete Qubit kann sehr präzise zwischen zwei Quantenzuständen geschaltet werden. „Interessanterweise koppelt so ein Josephson-Qubit mit den anderen atomaren quantenmechanischen Systemen im Nicht-Leiter“, erklärt Ustinov. „Und über diese Kopplung haben wir die Frequenzen vermessen können.“

Bei Temperaturen knapp oberhalb des absoluten Nullpunktes sind die meisten Rauschquellen im Material ausgeschaltet. Die letzte Quelle von Störimpulsen sind die Atome des Materials selber, wenn sie zwischen zwei äquivalenten Positionen springen. „Diese Frequenzspektren der Atomsprünge können wir mit dem Josephson-Kontakt sehr genau vermessen“, so Ustinov. „Im übertragenen Sinne haben wir ein Mikroskop für die Quantenmechanik einzelner Atome.“

In dem vorliegenden Experiment wurden 41 springende Atome gezählt und deren Frequenzspektrum vermessen, während die Probe mit einem Piezoelement ein klein wenig verbogen wurde. Georg Weiß erklärt: „Die Atomabstände werden dadurch um eine Winzigkeit geändert, die Frequenzen der tunnelnden Atome ändern sich aber recht stark.“ Bis vor Kurzem konnte man nur die Gesamtheit aller tunnelnden Atome messen. Erst seit ein paar Jahren hat man die Technologie, die atomaren Tunnelsysteme einzeln anzusprechen. Die neu entwickelte Methode am KIT, atomare Quantensysteme zu kontrollieren, könnte wertvolle Einblicke geben, wie Qubits fit für die Anwendung gemacht werden könnten. Aber auch die Materialien konventioneller elektronischer Bauteile, wie etwa Transistoren, könnten mit dieser Methode untersucht und Grundlagen für weitere Miniaturisierung gelegt werden.

Webseiten der Forscher:
http://www.phi.kit.edu/ustinov-research.php
http://www.phi.kit.edu/weiss-atomares_tunneln.php
Das paper bei science:
http://www.sciencemag.org/magazine
Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist eine Körperschaft des öffentlichen Rechts nach den Gesetzen des Landes Baden-Württemberg. Es nimmt sowohl die Mission einer Universität als auch die Mission eines nationalen Forschungszentrums in der Helmholtz-Gemeinschaft wahr. Das KIT verfolgt seine Aufgaben im Wissensdreieck Forschung – Lehre – Innovation.

Weiterer Kontakt:

Kosta Schinarakis
PKM – Themenscout
Tel.: +49 721 608 41956
Fax: +49 721 608 43658
E-Mail:schinarakis@kit.edu

Monika Landgraf | idw
Weitere Informationen:
http://www.kit.edu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Meilenstein für eine neue Ära der Beobachtung von erdähnlichen Exoplaneten
05.06.2020 | Universität Wien

nachricht Neue Quantenmaterialien mit einzigartigen Merkmalen
05.06.2020 | Karlsruher Institut für Technologie

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: Sehvermögen durch Gentherapie wiederherstellen

Neuer Ansatz zur Behandlung bislang unheilbarer Netzhautdegeneration

Menschen verlassen sich in erster Linie auf ihr Augenlicht. Der Verlust des Sehvermögens bedeutet, dass wir nicht mehr lesen, Gesichter erkennen oder...

Im Focus: Restoring vision by gene therapy

Latest scientific findings give hope for people with incurable retinal degeneration

Humans rely dominantly on their eyesight. Losing vision means not being able to read, recognize faces or find objects. Macular degeneration is one of the major...

Im Focus: Kleines Protein, große Wirkung

In Meningokokken spielt das unscheinbare Protein ProQ eine tragende Rolle. Zusammen mit RNA-Molekülen reguliert es Prozesse, die für die krankmachenden Eigenschaften der Bakterien von Bedeutung sind.

Meningokokken sind Bakterien, die lebensbedrohliche Hirnhautentzündungen und Sepsis auslösen können. Diese Krankheitserreger besitzen ein sehr kleines Protein,...

Im Focus: Small Protein, Big Impact

In meningococci, the RNA-binding protein ProQ plays a major role. Together with RNA molecules, it regulates processes that are important for pathogenic properties of the bacteria.

Meningococci are bacteria that can cause life-threatening meningitis and sepsis. These pathogens use a small protein with a large impact: The RNA-binding...

Im Focus: Magnetische Kristallschichten für den Computer von Morgen

Ist die Elektronik, so wie wir sie kennen, am Ende?

Der Einsatz moderner elektronischer Schaltkreise für immer leistungsfähigere Rechentechnik und mobile Endgeräte stößt durch die zunehmende Miniaturisierung in...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Was Salz und Mensch verbindet

04.06.2020 | Veranstaltungen

Gebäudewärme mit "grünem" Wasserstoff oder "grünem" Strom?

26.05.2020 | Veranstaltungen

Dresden Nexus Conference 2020 - Gleicher Termin, virtuelles Format, Anmeldung geöffnet

19.05.2020 | Veranstaltungen

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

Schutz der neuronalen Architektur

05.06.2020 | Biowissenschaften Chemie

Wie das Gehirn unser Sprechen kontrolliert - Beide Gehirnhälften leisten besonderen Beitrag zur Sprachkontrolle

05.06.2020 | Interdisziplinäre Forschung

Akute myeloische Leukämie: Größerer Entscheidungsspielraum bei Therapie-Start

05.06.2020 | Biowissenschaften Chemie

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