ERC Starting Grant: QuSINT
Die Fähigkeit, Quantenzustände und ihre Wechselwirkungen sowie grundlegende Beobachtungsgrößen wie magnetische und elektrische Felder auf atomarer Ebene zu messen und quantenmechanische Zustände auf dieser Längenskala frei zu verschränken und zu teleportieren, ist der Traum der Quantentechnologie im Nanomaßstab. Diese Vision ist jedoch mit der gewaltigen Herausforderung verbunden, die ultimative Quantensensitivität mit atomarer Auflösung in einem mobilen Quantensensor und -informationsgerät zu kombinieren, was bei Festkörper-Quantensystemen bisher nicht möglich war.
Das ERC Starting Grant QuSINT (Atomic Scale Quantum Sensing and Information with Molecular Nanostructures on a Scanning Probe Tip) von Dr. Taner Esat wird diesen Traum Wirklichkeit werden lassen. Dieser Durchbruch beruht auf der Umwandlung eines einzelnen Elektronenspins in ein quantenmechanisches Zwei-Niveau-System in einem Magnetfeld. Entscheidend ist, dass dieses quantenmechanische Zwei-Niveau-System an die Spitze eines Rastersondenmikroskops gebracht wird, um einen vollständig integrierten und mobilen Spin-Qubit-Sensor zu bilden, der statische und zeitabhängige Magnetfelder auf atomarer Ebene mit einer Single-Spin-Empfindlichkeit abtasten kann. Kernstück des Spin-Qubit-Sensors ist ein einzelnes, gut isoliertes Elektron in einer molekularen Nanostruktur mit offener Schale. Es wird in situ aus einzelnen Atomen und Molekülen auf Oberflächen durch atomare Manipulation hergestellt und durch Elektronenspinresonanz kohärent gesteuert.
QuSINT wird "Quantensprünge" in der Festkörper-Quantentechnologie und ihren zahlreichen Anwendungen fördern. So wird es beispielsweise die ultrapräzise Charakterisierung von Quantenmaterialien auf atomarer Ebene ermöglichen, die Diagnostik von nanoelektronischen Bauelementen und Mehr-Qubit-Systemen verändern und die analoge Quantensimulation von bisher unlösbaren Vielteilchensystemen ermöglichen. In der Quanteninformatik und -kryptografie kann es auch für die Quantenzustands-Tomografie und als Transportbus zur Verschränkung entfernter stationärer Qubits und zum Teleportieren von Informationen eingesetzt werden und so den Weg für die Festkörper-Quanteninformatik im atomaren Maßstab mit Spin-Qubits auf Oberflächen ebnen.
Durch die Kombination von Quantenempfindlichkeit und atomarer Auflösung wird QuSINT die Quantenhaftigkeit der kondensierten Materie auf der grundlegendsten Ebene freisetzen.
Das Projekt wird vom 01.01.2025 bis zum 31.12.2029 gefördert.