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Kaliber nach Wahl

Mit der Photonenpistole zu neuen Erkenntnissen

Um die Vorzüge des Quantencomputers auszuspielen, müssen die Quantenpunkte wechselwirken – nur so bilden sie den Überlagerungszustand, der die Crux aller Quanten Quantenrechnungen ausmacht. „Wir haben zusammen mit Wissenschaftlern von der Universität Stuttgart kürzlich erstmals zwei selbstorganisierte Quantenpunkte miteinander gekoppelt, die nebeneinander auf einer Oberfläche sitzen“, sagt Oliver Schmidt, der die Arbeitsgruppe am Stuttgarter Max-Planck-Institut leitet.

Moleküle aus Indiumarsenid- Quantenpunkten auf einer Galliumarsenidoberfläche © MPI für Quantenoptik

Die Forscher haben aus zwei künstlichen Atomen also ein künstliches Molekül geformt. Dazu haben sie mit einer neu entwickelten Technologie zwei Häufchen des Indiumarsenids rund acht Nanometer weit voneinander entfernt auf dem Träger aufgetürmt, sodass die Quantenpunkte wie zwei Zuckerhüte dicht beieinander aus dem Substrat wachsen. „Zwischen den beiden Quantenpunkten springen jetzt Elektronen hin und her“, sagt Schmidt. Die Quantenpunkte nehmen einen gemeinsamen Zustand an, indem sie „miteinander reden“. Doch nicht nur, dass die beiden Quantenpunkte sich untereinander austauschen, sie können sich auch nach außen mitteilen. Dabei äußern sie sich mit der gängigen Sprache der Quantenwelt – Licht.

„Und zwar in der speziellen Form einzelner Photonen“, sagt Schmidt. Wie die Photonenpistoleros des Garchinger Instituts lassen ihre Stuttgarter Kollegen die Quantenpunkte einen Photonenschuss nach dem anderen abgeben. Und das klappt auch bei hohen Temperaturen – jedenfalls nach den Maßstäben der Atomphysiker: Quantenpunkte liefern schon bei rund 200 Grad unter null einzelne Photonen, also fern vom absoluten Nullpunkt.

Eine solche Quelle für einzelne Photonen lässt sich also bereits mit preiswertem flüssigem Stickstoff kühlen. Indem die Forscher eine elektrische Spannung an ein Molekül aus Quantenpunkten anlegen und diese variieren, beeinflussen sie zudem die Wellenlänge des emittierten Lichts – ganz so als würden sie das Kaliber ihrer Photonenpistole verändern. Vielleicht sollten sich die Max- Planck-Physiker also doch schon mal auf ein Duell unter Photonenschützen einstellen.

Dessen Ausgang wäre offen – in doppelter Hinsicht: „Ob am Ende Photonen, Moleküle oder Quantenpunkte in einem Quantencomputer rechnen werden, ist noch ungewiss“, sagt Ignacio Cirac. Er arbeitet jedenfalls daran, dass es für keinen der Ansätze theoretische Grenzen gibt.

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Stand: 17.11.2006

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Duell in der Quantenwelt
Wie Quanten Information verarbeiten

Spion ohne Schlüssel
Wie funktioniert Quantenkryptographie?

Schneller dank Photonenpistole
Ziel: Ein Photon pro Schuss

Lichtteilchen blitzen im Takt
Vom Lichtimpuls zur Quantenmechanik

Rechnen am absoluten Nullpunkt
Erste Schritte zum Quantencomputer

Rechnen mit dem Licht
Was kann ein Quantencomputer – und was (noch) nicht?

Atome im Eierkarton
Optische Gitter als Molekülbehälter

Der Quantensimulator
Ionen simulieren Quantenphänomene

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Mit der Photonenpistole zu neuen Erkenntnissen

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