Forscher speichern Quantenbits in Nanodraht

Mit elektrischen Feldern ist eine exaktere Kontrolle über den Zustand der Elektronen als mit Magnetfeldern möglich. Nanodraht kommt auch in der LED-Fertigung zum Einsatz. Eines Tages könnte das Verfahren in der Quantenkryptografie verwendet werden.

Niederländische Forscher nutzen Quantenbits in Nanodrähten, um Informationen zu speichern. Dabei verändern sie den Spin der Elektronen durch ein elektrisches Feld statt durch ein magnetisches. Einem Bericht von nature.com zufolge könnte diese Technik eines Tages eine wichtige Rolle in der Quantenkryptografie spielen.

In dem Artikel heißt es, die Forscher rund um Projektleiter Leo Kouwenhoven hätten „die immanente Verbindung zwischen dem Spin eines Elektrons und seiner Umlaufbahn um den Kern“ genutzt. Dieses Verfahren ermögliche eine exaktere Kontrolle über den Zustand einzelner Elektronen, als dies mit Magnetfeldern möglich sei.

Änderungen am elektrischen Feld beeinflussen die Umlaufbahn des Elektrons um den Atomkern, was wiederum das statische Magnetfeld ändert, das die elektrische Ladung durch ihre Bewegung schafft. Weil sich so auch der Spin des Elektrons ändern kann, sprechen Physiker von der Spin-Bahn-Kopplung.

Der verwendete Nanodraht besteht nature.com zufolge aus Indiumarsenid. Dieser Halbleiter weist schwere, stark geladene Atomkerne auf, die eine starke Spin-Bahn-Kopplung ermöglichen. Durch fünf enge Tore haben die Forscher Spannung angelegt, um zwei Elektronen zu isolieren, die sie als zwei Quantenbits (Qubits) nutzen konnten. Durch Änderungen des elektrischen Felds änderten sie den Spin der Qubits von parallel auf antiparallel.

Nanodrähte sind zuletzt auch in der LED-Herstellung zum Einsatz gekommen. Daher eignet sich die Technik vielleicht irgendwann für optische Schaltkreise. Einen Nachteil hat das demonstrierte Verfahren aber auch: Im Vergleich zu einem früheren Versuch mit Galliumarsenid ist die Verbindung zwischen Spin und Umlaufbahn von kürzerer Haltbarkeit.

Nanodraht (Bild: Universität Delft)
Nanodraht (Bild: Universität Delft)

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