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Freitag, 20.10.2017
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Nano-Falle friert Elektronen-Spin ein

Quantencomputer rücken in greifbare Nähe

Wissenschaftlern ist es erstmals gelungen, den magnetischen Zustand eines einzelnen Elektrons, den so genannten Elektronenspin, während einer ganzen Sekunde stabil zu halten. Damit ist ein wichtiger Meilenstein zur Realisierung von Elektronenspin-Speichern und zur Entwicklung von Quantencomputern gelungen. Vor einigen Jahren wurde die Elektronenspinstabilität noch auf Mikrosekunden geschätzt, so die Forscher in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“.
Elektronen mit Down- und Up-Spin

Elektronen mit Down- und Up-Spin

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 für 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 Professor 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.

Auf dem Weg zum Quantencpmputer


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, zum Beispiel 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.
(idw - Universität Basel, 01.02.2008 - DLO)
 
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