Forscher entwickeln bahnbrechende Quantenmagnete mit geschützten topologischen Anregungen und höherer Kohärenz

BerlinForscher der Aalto-Universität und des Instituts für Physik der Tschechischen Akademie der Wissenschaften haben eine neue Art von Quantenmaterial entwickelt, das für die Quantentechnologie von großer Bedeutung sein könnte. Indem sie dieses Material Atom für Atom zusammenfügten, präsentierten sie eine weiterentwickelte Form eines Quantenmagneten. Dies stellt einen wichtigen Fortschritt dar, um Quantenmaterialien herzustellen, die besser vor Dekohärenz geschützt sind - einem wesentlichen Hindernis in der Quanteninformatik und -technologie.

Forscher platzierten magnetische Titanatome auf einer Magnesiumoxid-Oberfläche. Sie justierten die Wechselwirkungen zwischen diesen Atomen sorgfältig, um eine spezielle Art von Quantenmagnetismus zu erzeugen. Diese erfolgreiche Entwicklung, ursprünglich theoretisch von Jose Lado an der Aalto-Universität vorgeschlagen, wurde von Kai Yang und seinem Team durch präzise atomare Manipulationstechniken verwirklicht und getestet.

Hauptmerkmale des neuen topologischen Quantenmagneten:

• Widerstandsfähigkeit gegenüber Störungen schafft große Stabilität unter verschiedenen Bedingungen.
• Höhere Kohärenz als bei aktuellen Quantenmaterialien, entscheidend für Anwendungen in der Quantencomputing.
• Möglichkeiten für fraktionale Anregungen, bei denen Elektronen sich verhalten, als ob sie in Teile gespalten sind, was zu völlig neuen physikalischen Phänomenen führt.

Quantenspintrone: Neue Quantenmagnete mit besseren topologischen Anregungen

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Quantenspintrone könnten Quantenphänomene in großem Maßstab zeigen. Wissenschaftler haben kürzlich eine neue Art von Quantenmagnet entwickelt, der auf topologischen Anregungen basiert und eine bessere Kohärenz bewahrt. Dies könnte zu zuverlässigeren Qubits führen, die weniger anfällig für Fehler durch Dekohärenz sind.

Die Untersuchung beschäftigte sich mit der präzisen Steuerung und Erforschung einzelner Atome und Qubits mithilfe eines Rastertunnelmikroskops. Diese Methode ermöglicht den hohen Grad an Kontrolle, der notwendig ist, um neue Quantenmaterialien zu entwickeln. Die Forscher zeigten, dass topologische Quantenerregungen kohärent blieben und, wie theoretisch vorhergesagt, gegen äußere Störungen resistent waren.

Diese Entwicklung eröffnet nicht nur neue Wege in der Grundlagenforschung der Quantenphysik, sondern könnte auch erheblichen Einfluss auf zukünftige Quantentechnologien haben. So könnten etwa stabilere und zuverlässigere Quantencomputer entstehen, die den aktuellen überlegen sind. Darüber hinaus könnte die Fähigkeit, Materialien mit speziellen Quanteneigenschaften herzustellen, Innovationen in den Bereichen Quantenkommunikation, Sensorik und Kryptographie ermöglichen.

Diese Forschung zeigt, wie topologische Quantenmaterialien zur Lösung von Problemen in aktuellen Quantentechnologien beitragen können. Durch die Nutzung der besonderen Eigenschaften von topologischen Quantenmagneten kommen Wissenschaftler der Entwicklung fortschrittlicher Quanten-Geräte mit neuen und beeindruckenden Fähigkeiten immer näher.