Quanteninformation - Elektronenspin mit Mikrowellen-Photonen gekoppelt

Neue Methode könnte ein störungsfreies Auslesen von Qubits in Quantencomputern ermöglichen
Quantenpunkte aus einem Kohlenstoff-Nanorährchen (SWNT) mit Kontakten
Quantenpunkte aus einem Kohlenstoff-Nanorährchen (SWNT) mit Kontakten
© Université Paris Diderot–Sorbonne
Paris (Frankreich) - Wenn Quantencomputer mit der Hilfe von Spinzuständen rechnen, müssen diese später auch ausgelesen werden. Eine elegante Methode dazu entwickelten nun französische Physiker von der Université Paris Diderot-Sorbonne. Sie schafften es, einen Elektronenspin mit Photonen zu koppeln. Trotz extrem geringer Dauer dieser Kopplung v könnten mit dieser Methode Spins zerstörungsfrei bestimmt, berichten die Forscher in der Fachzeitschrift „Science“.

„Die kohärente Kopplung von einzelnen Spins mit Photonen könnte ein interessanter Ansatz zur Verarbeitung von Quantendaten sein, da Photonen sehr gute Träger für Quanteninformation sind“, sagt Takis Kontos vom Laboratoire Pierre Aigrain an der Pariser Universität. Für ihre Experimente fertigte er zusammen mit seinen Kollegen aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen einen doppelten Quantenpunkt. In diesen wurde der Spin von Elektronen über das magnetische Feld eines winzigen Ferromagneten aus einer Palladiumnickel-Legierung kontrolliert.

Über eine angelegte Gleichspannung ließ sich ein Elektron von einem Quantenpunkt zum benachbarten bewegen. Dabei rotierte die Ausrichtung des Spins. Um nun eine Kopplung mit Photonen zu realisieren, positionierten Kontos und Kollegen einen Mikrowellen-Resonator aus supraleitendem Niob einige Dutzend Mikrometer neben dem doppelten Quantenpunkt. Für die Kopplungsversuche wurde das gesamte Ensemble fast bis auf den absuluten Nullpunkt bei minus 273,15 Grad abgekühlt. Physikalisch erfolgte die Kopplung über die Wechselwirkung der Elektronen im Quantenpunkt zum elektrischen Feld des Resonators.

Über ein variables, externes Magnetfeld konnte die Übergangsfrequenz des Spinzustands des Elektrons auf die Frequenz des Resonators abgestimmt werden. Unter Resonanzbedingungen spiegelte sich der Spinzustand des Elektrons direkt in messbarer Phase und Amplitude der elektromagnetischen Wellen im Resonator wieder. So war eine Bestimmung des Elektronsspins möglich, ohne diesen selbst zu beeinflussen.

Dieses Experiment ist vor allem für die Entwicklung von Quantencomputern auf der Basis von Spinzuständen in Festkörpern interessant. Gegenüber Qubits aus eingefangenen Ionen wird den Festkörper-Qubits eine höhere Chance zur Skalierung auf größere Systeme zugesprochen. Die von Kontos und Kollegen demonstrierte Kopplung von Elektronenspins mit Photonen bzw. elektromagnetischen Feldern in einem Resonator erweitert die Möglichkeiten zum Auslesen und zur Kontrolle von Elektronenspins.

© Wissenschaft aktuell


 

Home | Über uns | Kontakt | AGB | Impressum
© Wissenschaft aktuell & Scientec Internet Applications + Media GmbH, Hamburg