Wissenschaftler identifzieren Hürde auf dem Weg zum Quantencomputer Nass-Schicht stört Quantendots - scinexx | Das Wissensmagazin
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Wissenschaftler identifzieren Hürde auf dem Weg zum Quantencomputer

Nass-Schicht stört Quantendots

Die Illustration zeigt einen Quantendot (blauer Buckel im Zentrum), der von oben mit Laserlicht bombardiert wird. Der Laser erzeugt angeregte Bereiche, Excitons genannt, im Inneren des Dots. Elektrische Felder, die von den Goldkontakten ober- und unterhalb des Dots erzeugt werden, ziehen die Elektronen (gelb) und die Elektronenlöcher (rot) ab. In der Störschicht (wetting layer) werden gleichzeitig jedoch weitere Elektronen und Löcher erzeugt, die Interferenzen auslösen. Der Halbleiter, der in diesen Experimenten eingesetzt wurde besteht aus Gallium-Arsenid (GaAs) und Indium Gallium Arsendi (InGaAs). © Jose Villas-Boas, Ohio University

Nanowissenschaftler träumen davon, einen Quantencomputer zu entwickeln – ein Gerät in der Größe eines Sandkorns aber weit schneller und stärker als die heutigen PCs. Als geeignetes Baumaterial dafür gelten so genannte Quantendots, winzige künstliche Atome, die bisher allerdings vor allem durch ihr unberechenbares Verhalten Probleme bereiten. Jetzt haben Forscher möglicherweise die Ursachen dieses Problems gefunden.

Physiker der Universität von Ohio haben aufgrund ihrer Studien Defekte, die schon bei der Erzeugung der Quantendots entstehen, als die „Wurzel des Übels“ identifiziert. Ihrer Ansicht nach wirken diese Defekte in den späteren wissenschaftlichen Experimenten als Barrieren. Gleichzeitig entwickelten die Forscher eine Blaupause für die Herstellung besserer Quantendots.

Schon zuvor war es deutschen Experimentalphysikern gelungen, Quantendots mit Licht zu beschießen, um so den quantenmechanischen Zustand zu erreichen, der für einen Quantencomputer gebraucht wird. Doch wie Sergio Ulloa, Professor für Physik an der Ohio Universität erklärt, konnten sie diesen Zustand nicht kontrolliert erhalten. Gemeinsam mit seinen Kollegen Jose Villas-Boas und Alexander Govorov entwickelte er theoretische Modelle, um zu verstehen, woran das liegen könnte.

„Wetting-Layer“ macht Probleme

Das Problem, so die Wissenschaftler, ereignet sich während der Erzeugung der untersuchten Quantendots. Dabei besprühen Forscher in einer speziellen Molekularstrahlkammer eine Oberfläche unter hohen Temperaturen mit einer Schicht Atomen. Während nach und nach immer mehr Atomschichten ergänzt werden, sammeln sich die Quantendots an der Oberfläche wie abperlende Wassertropfen.

Doch eine feine Ablagerung, von Ulloa als „wetting layer“ oder Benässungs-Schicht bezeichnet, bleibt auf der Oberfläche zurück und hat bisher während der folgenden Experimente Probleme bereitet. Denn wenn die Quantendots anschließend mit Lichtstrahlen beschossen wurden, erzeugte diese Schicht eine Interferenz. Das Eintreten des Lichts in die Quantendots und damit das Auslösen des Quantenzustands wurde dadurch gestört, so Ulloa.

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Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Forscher diesen Störprozess verhindern könnten, in dem sie den Lichtstrahl entweder anders fokussieren oder aber die Dauer der Lichtpulse verändern, um die Interferenz durch die Störschicht auszuschalten. Im Labor der Forscher hat ein Experimentalphysiker diese Theorie bereits ausgetestet und erfolgreich Quantendots kontrolliert. „Jetzt, wo wir das Problem kennen, gibt es mehrere Möglichkeiten, es zu vermeiden“, erklärt Villas-Boas. „Es ist ein weiterer Schritt in Richtung auf den ‚heiligen Gral’ des besseren Quantenbits, das uns hoffentlich zum Quantencomputer führt“, ergänzt Ulloa.

(Ohio University, 16.02.2005 – NPO)

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