Forscher erhöhen Lebensdauer gespeicherter Quanteninformationen

26. November 2016, 07:00
5 Postings

Wissenschafter der TU Wien konnten durch einen Trick die Speicherdauer ihres Systems verzehnfachen

Wien – Angetrieben von der Vision eines funktionstüchtigen Quantencomputers arbeiten Forscher in aller Welt an der Entwicklung neuer Konzepte. An der Technischen Universität (TU) Wien ist es nun gelungen, die Lebensdauer gespeicherter Quanteninformationen in einem bestimmten Quantensystem um das Zehnfache zu erhöhen, wie die Forscher aktuell im Fachjournal "Nature Photonics" berichten.

Quantencomputer sollen in Zukunft Probleme lösen, die mit herkömmlichen Rechenmaschinen nicht zu bewältigen sind. Dazu machen sie sich die Gesetzmäßigkeiten der Quantenphysik zunutze, die es ihnen erlauben, Informationen nicht bloß als Null oder Eins abzuspeichern, sondern als eine Überlagerung von beiden. Vereinfacht ausgedrückt wäre ein Quantencomputer in der Lage, eine Vielzahl verschiedener Informationen gleichzeitig zu verarbeiten und erst zum Schluss die richtige Lösung auszuwählen.

Eine Möglichkeit zur Realisierung solcher überlagerter Quantenzustände, auch Quantenbits oder Qbits genannt, sind sogenannte Stickstoff-Fehlstellenzentren. Dabei werden in das Kristallgitter eines synthetischen Diamanten absichtlich Stickstoffatome eingebaut, deren Elektronenspins mithilfe von Mikrowellenstrahlung umgeschaltet werden können. Gemeinsam bilden die Spins der einzelnen Fehlstellen, im aktuellen Fall etwa eine Billion an der Zahl, ein Qbit.

Fünf Millionstel Sekunden

Und genau in dieser Unmenge an Komponenten lag bisher das Problem. Da nämlich nicht alle Fehlstellen die exakt gleiche Energie haben, laufen sie auch nicht genau im Gleichtakt. Das führt dazu, dass die Information rasch wieder verloren geht. Beschränkt man sich dagegen auf einige Wenige, wird das Signal zu schwach, um es verarbeiten zu können.

"Man kann sich das vorstellen wie Metronome, die alle auf leicht unterschiedliche Geschwindigkeiten eingestellt sind", erklärte Projektleiter Johannes Majer vom Atominstitut der TU Wien. "Auch wenn man sie alle exakt zur gleichen Zeit startet, werden sie nach einer Weile völlig durcheinander laufen – und die Information ist weg."

Um diesem Problem beizukommen, entwickelten die Forscher nun einen neuartigen Trick auf Basis der Quantenmechanik. "Wir haben sozusagen einige Metronome in der Mitte herausgenommen, und die zu Langsamen und die zu Schnellen zu einem neuen Quantenzustand kombiniert, der sehr stabil und damit auch sehr langlebig ist", so Majer.

Auf diese Weise gelang es den Physikern, die Speicherdauer ihres Systems auf fünf Millionstel Sekunden zu verzehnfachen. Das mag zwar für alltägliche Maßstäbe als wenig erscheinen, reiche aber für wichtige quantentechnologische Anwendungen aus, so der Forscher. (APA, 26. 11. 2016)

Share if you care.