Physik «Quanten-Lego» hilft beim Nachbau von Quantenmodell

Empa-Forschende haben mit «Quanten-Lego» ein fundamentales Quantenmodell in synthetischem Material nachgebaut. Die am Donnerstag in der Zeitschrift «Nature Nanotechnology» veröffentlichte Studie öffnet neue Tore in der Quantenforschung.

Quantencomputer können in der Theorie in Sekundenbruchteilen Berechnungen vornehmen, woran heutige Supercomputer scheitern. Sie funktionieren mit Elektronenspins, die untereinander interagieren. Dies lasse sich mathematisch beschreiben. Solche Spinketten liessen sich aber kaum exakt lösen, teilte die Eidgenössische Materialsprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) mit.

Gemeinsam mit Forschenden aus Deutschland und Portugal konnte eine Verkettung von Elektronenspins nachgebaut und vermessen werden. Obwohl es in der Natur Materialien gebe, die solche Spinketten enthalten, sei es bisher nicht gelungen, die Ketten gezielt in ein Material einzubauen, hiess es weiter.

Für die Herstellung verwendeten die Forschenden kleine Stücke des zweidimensionalen Kohlenstoff-Materials, Graphen. Dieses Nanographen-Molekül besteht aus Kohlenstoffringen und hat eine Sanduhr-ähnliche Form. Es funktioniere wie ein Nano-Quanten-Legostein, schrieb die Empa. Dieser half dabei, längere Verkettungen zusammenstecken zu können.

Die Forschenden können diese Kette präzise manipulieren, einzelne Spins gezielt ein- und ausschalten sowie von einem Zustand in den anderen «drehen».

miho, sda