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Neues Gemeinschaftsprojekt: PGI-Forscher arbeiten an der Realisierbarkeit des Quantencomputings

14. November 2012

Quantencomputer sollen bestimmte Aufgaben einmal wesentlich effizienter berechnen können als herkömmliche, siliziumbasierte Computer. Doch noch fehlen geeignete Materialien für eine alltagstaugliche Umsetzung. Die Realisierbarkeit eines Quantencomputers auf der Basis von Elektronenspins zu demonstrieren, ist das Ziel eines aktuellen materialwissenschaftlichen Gemeinschaftsprojekts des Forschungszentrums Jülich und der Universitäten Mainz und Osnabrück, das die VolkswagenStiftung mit 550.000 Euro über drei Jahre fördert.

Der Projektverbund soll die Grundlagen für einen Quantencomputer schaffen, der auf speziellen Fullerenen basiert, fußballförmigen Kohlenstoffmolekülen, in die jeweils ein Stickstoffatom eingebettet ist. Der Elektronenspin dieser Stickstoffatome dient als Qubit, das Analogon eines Bits in der Quanteninformationstechnologie. Die Fullerene sorgen dafür, dass der Spin stabil ist. Gleichzeitig verhindern sie allerdings auch, dass die Daten direkt ausgelesen werden können. Das soll über einen Umweg gelingen: Die Fullerene sollen auf Diamanten mit sogenannten Stickstoff-Fehlstellen platziert werden, mit denen die Qubits wechselwirken und die optisch ausgelesen werden können.

„Eine Herausforderung dieses Konzepts besteht darin, dass diese endohedralen Fullerene  empfindlich sind und die hohen Temperaturen nicht vertragen, die bei der Synthese des Systems bisher nötig sind“, erläutert die Jülicher Teilprojektleiterin Dr. Carola Meyer vom Peter Grünberg Institut, Bereich Elektronische Eigenschaften. Sie plant, dem Problem mit Hilfe winziger Nanoröhren aus Kohlenstoffatomen, in denen die Fullerene eingebettet werden, beizukommen. Mit der Synthese solcher Gebilde, die Erbsenschoten ähneln und deshalb „peapods“ genannt werden, hat das Team um Meyer viel Erfahrung.

„Wir planen, in Jülich eine Anlage aufzubauen, mit der die peapods bei niedrigen Temperaturen erzeugt und auf dem Diamant ausgerichtet werden können“, berichtet Meyer. Dies soll im Rahmen einer Promotionsarbeit geschehen; eine Stelle für eine geeignete Doktorandin oder einen Doktoranden ist derzeit ausgeschrieben. Wenn die Synthese wie geplant klappt, hoffen die Projektpartner, die Kopplung der ausgerichteten Qubits mit den Fehlstellen noch während der geplanten Projektlaufzeit gemeinsam beobachten zu können.

 

KugelNeuKlein_jpgSolche „Peapods“ sollen bei der Realisierung des Quantencomputings helfen. Eine „Erbsenschote“ besteht aus einem Kohlenstoffnanoröhrchen, das mit Fullerenen - Kugeln aus Kohlenstoffatomen - gefüllt ist. Jede Kugel enthält ein Stickstoffatom, dessen Spin als Recheneinheit dienen soll. Die Kohlenstoffatome besitzen selbst keinen Spin und stabilisieren deshalb den Stickstoffspin.
Copyright: Forschungszentrum Jülich

 

MontageGrafikGitterEnd.jpgDie „Erbsenschoten“ sollen auf einem Diamanten platziert werden, der Stickstoff-Fehlstellen enthält. Diese können optisch ausgelesen werden und empfangen die Spininformation der Qubits durch Kopplung.
Copyright: Forschungszentrum Jülich

 

Forschung der Arbeitsgruppe „Spintronik in Kohlenstoff-Nanostrukturen“ (engl.)

Pressemitteilung anlässlich der Projektbewilligung


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