Forscher kontrollieren das Wackeln des Atomkerns: Fortschritt bei der Quanteninformationsspeicherung

BerlinWissenschaftlern der Technischen Universität Delft in den Niederlanden ist es gelungen, Bewegungen innerhalb des Atomkerns zu kontrollieren und dadurch Fortschritte bei der Quantenspeicherung zu erzielen. Im Mittelpunkt stand ein einzelnes Titan-47 (Ti-47)-Atom, dessen Kern leicht magnetisch ist, da es im Vergleich zu Titan-48 ein Neutron weniger besitzt. Diese Magnetisierung, als 'Spin' bezeichnet, könnte eine wichtige Rolle bei der Speicherung von Quanteninformationen spielen.

Der Kern ist normalerweise von seiner Umgebung isoliert und weit von den Elektronen entfernt. Doch ein Vorgang namens „Hyperfeinwechselwirkung“ ermöglicht es, dass der Kernspin durch den Spin eines Elektrons beeinflusst werden kann. Dafür ist ein sehr kleines und präzises Magnetfeld notwendig.

Die Forschung betont folgende wesentliche Punkte:

• Forscher störten den Elektronenspin durch einen Spannungspuls.
• Der Kern und das Elektron drehten sich für einen Bruchteil einer Mikrosekunde gemeinsam.
• Die Wechselwirkung wurde mit einem Rastertunnelmikroskop genau überwacht.
• Berechnungen zeigten, dass während dieser Interaktion keine Quanteninformationen verloren gingen.

Sander Otte, der Leiter des Forschungsteams, erklärte, dass die Fähigkeit, Materie auf solch winziger Ebene zu beeinflussen, weit über theoretische Ansätze hinausgeht. Sie könnte nützlich sein für die Speicherung von Quanteninformationen.

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Die Speicherung von Quanteninformationen im Atomkern schützt diese vor äußeren Einflüssen. Dadurch werden Quantencomputersysteme sicherer und stabiler. Quanteninformationen sind äußerst empfindlich und können leicht durch externe Faktoren verloren gehen oder beschädigt werden. Ihre Aufbewahrung im Kern reduziert diese Probleme erheblich.

Diese Entdeckung stützt Schrödingers Vorhersagen zur Quantenmechanik und fördert die Entwicklung der praktischen Quantencomputernutzung. Durch das präzise Steuern der Spins von Elektronen und Atomkernen können Forscher neue Methoden für Quantenberechnungen entwickeln und Daten sicher schützen.

Lukas Veldman, der maßgeblich zu seiner Doktorarbeit beitrug, wies darauf hin, dass diese Operationen extrem empfindlich sind. Er erklärte, dass die hyperfeine Wechselwirkung nur innerhalb eines sehr spezifischen Magnetfeldbereichs funktioniert.

Dieses Experiment zeigt, dass Menschen Materie auf einer quantenniveau kontrollieren können, was zu bedeutenden Fortschritten bei der Speicherung von Quanteninformationen führen könnte. Diese Entwicklung könnte entscheidend für die Praxisreife von Quantencomputern sein und die Art und Weise, wie Daten in der Zukunft gespeichert und verarbeitet werden, revolutionieren.