Karlsruhe, Starnberg, 16. Aug. 2012 – Quantencomputer würden atomare Effekte nutzen und sind damit anfällig für Störungen von außen; Informationsfluss als kritischer Punkt...
Zum Hintergrund: Forscher des KIT - Karlsruher Institut für Technologie - mit Partnern aus Grenoble und Straßburg konnten den Quantenzustand eines Atoms mittels Elektroden direkt ausgelesen. Über die stabile Schnittstelle von klassischer und Quantenwelt berichten sie nun in der Zeitschrift Nature (Quelle: DOI: 10.1038/nature11341). Zitat: „Normalerweise verändert jeder Kontakt mit der Außenwelt die Informationen in einem quantenmechanischen System völlig unkontrolliert“, erläutert Professor Mario Ruben vom (KIT). „Wir müssen den quantenmechanischen Zustand also einerseits stabil und abgeschirmt halten, aber andererseits irgendwann die Information kontrolliert auslesen, um sie nutzen zu können.“ > http://www.kit.edu
Mehr zum Thema Spintronics und zukünftige Nanotec-Entwicklungen aus Storagesicht finden Sie hier:
> http://www.storageconsortium.de/content/node/958
Wie kann laut dem KIT-Bericht nun eine möglichst stabile Schnittstelle zwischen der atomaren Quantenwelt und einer "klassischen" Physik aussehen? Ein Weg aus dem Dilemma scheinen magnetische Molekül-Komplexe zu sein: In ihrer Mitte liegt ein Metallatom, das über ein ausgeprägtes magnetisches Moment, einen Spin, verfügt. Es ist umgeben von organischen Molekülen, die es abschirmen. „Bei der Synthese der Schutzhülle können wir recht exakt festlegen, wie viel das Metallatom von der Außenwelt sieht“, erklärt Prof. Ruben seine Forschung.
In der vorliegenden Studie wurde das Metallatom Terbium mit einem Mantel aus rund 100 Kohlenstoff-, Stickstoff- und Wasserstoffatomen umgeben und anschließend zwischen nanometergroße, elektrische Kontakte platziert. Aufgrund der Eigenschaften des Moleküls wirkten die Elektroden nach außen ähnlich wie die drei Kanäle eines Transistors. Die elektrische Spannung der mittleren Elektrode beein- flusste den Strom durch die anderen beiden. Dies wurde genutzt, um den Arbeitspunkt einzustellen. Dann wurde das Molekül verschiedenen sich ändernden Magnetfeldern ausgesetzt und das Umspringen des Spins anhand der Ausschläge in der Stromkurve beobachtet.
„Mittels der Messung des Stromflusses konnten wir zeigen, dass der Kernspin des Metallatoms bis zu 20 Sekunden stabil ist, bis er umschlägt“, sagt Ruben. „Für quantenmechanische Vorgänge ist dies eine Ewigkeit.“ „Diese Ergebnisse werden der Spintronik und dem Quantencomputing neue Impulse geben“, ist sich Ruben sicher. Die Spintronik nutzt den magnetischen Spin einzelner Teilchen für die Informationsverarbeitung. Das Wort beschreibt die Symbiose von Spin und Elektronik. Quantencomputer nutzen quantenmechanische Effekte, wie etwa Verschränkung und Superposition von Spins, die es erlauben, Algorithmen parallel mit hoher Geschwindigkeit durchzuführen.
Quelle: “Electronic read-out of a single nuclear spin using a molecular spin- transistor”, R. Vincent et. al., Nature, vol. 488, issue 7411, pp 357- 360, doi: 10.1038/nature11341
Weitere aktuelle Veröffentlichung zu diesem Thema finden Sie hier: „Real-space observation of spin-split molecular orbitals of adsorbed single-molecule magnets", J. Schwöbel et. al. Nature Comms. 2, 2012, DOI: 10.1038/ncomms1953
http://www.nature.com/ncomms/journal/v3/n7/full/ncomms1953.html
Quelle: Grafik KIT, C. Grupe - mittels Goldelektroden kontaktiertes TbPc2 Molekül
Elektronen (rot) hüpfen auf das Molekül und lesen Elektronenspin (orange) und Kernspin (grün) des Terbiums aus