Quantencomputer: Forschende machen Fortschritte in Richtung Realität – ein Quantenlaptop im Wohnzimmer?

Quantencomputer, das klingt ja schon fast nach Science-Fiction. Aber halt, wir sind tatsächlich einen Schritt näher an der Realität eines funktionstüchtigen Quantencomputers! Forschende der Universität Basel und des NCCR SPIN haben einen bahnbrechenden Fortschritt in der Quantencomputertechnologie erzielt. Sie haben es geschafft, eine kontrollierbare Interaktion zwischen zwei Lochspin-Qubits in einem herkömmlichen Silizium-Transistor herzustellen. Klingt kompliziert, oder? Keine Sorge, ich werde versuchen, das Ganze etwas verständlicher zu erklären.

Ein Qubit ist der grundlegende Baustein eines Quantencomputers und ermöglicht die Verarbeitung, Übertragung und Speicherung von Informationen. Um einen Quantencomputer wirklich nützlich zu machen, müssen Millionen von Qubits auf einem einzigen Chip platziert werden. Das ist gar nicht so einfach, wie es klingt. Die aktuell fortschrittlichsten Quantencomputer haben nur einige hundert Qubits und können daher nur Berechnungen durchführen, die auch auf herkömmlichen Computern möglich sind, oft sogar effizienter. Eine der größten Herausforderungen besteht darin, Tausende von Qubits zu arrangieren und miteinander zu verbinden.

Aber die Forschenden der Universität Basel und des NCCR SPIN haben einen cleveren Ansatz gewählt. Sie setzen auf Lochspins, die den Spin von Elektronenmangel im Silizium nutzen, um Qubits zu erzeugen. Das Besondere daran ist, dass Lochspins vollständig elektrisch gesteuert werden können, ohne zusätzliche Bauteile zu benötigen. Bereits im Jahr 2022 haben die Physiker aus Basel gezeigt, dass es möglich ist, Lochspins in herkömmlichen elektronischen Bauelementen einzufangen und als Qubits zu verwenden. Diese Bauelemente sind übrigens in aktuellen Smartphones integriert. Cool, oder?

Nun ist es den Forschenden gelungen, eine kontrollierbare Interaktion zwischen zwei Qubits herzustellen. Mit Hilfe von Quantengattern, die Aktionen darstellen, um Qubits zu manipulieren und miteinander zu verbinden, konnten sie zwei Qubits in einem Gitter verschränken und den ersten Spin durch den Zustand des zweiten Qubits kontrolliert umkehren. Das nennt man “Controlled Spin-Flip”. Und laut Dr. Andreas Kuhlmann, einem der Forscher, können mit Lochspins Zwei-Qubit-Gatter erzeugt werden, die schnell und äußerst zuverlässig sind. Das klingt vielversprechend!

Die Forschenden sind zuversichtlich, dass ihre Arbeit einen bedeutenden Beitrag zur Quantencomputertechnologie leisten wird. Aber wir sind noch nicht am Ziel. Es gibt immer noch viele offene Fragen und Herausforderungen, die gelöst werden müssen, bevor wir einen voll funktionsfähigen Quantencomputer haben. Aber hey, wir sind auf dem richtigen Weg!

Ich bin gespannt, wie sich diese Technologie weiterentwickeln wird. Vielleicht haben wir in ein paar Jahren tatsächlich einen Quantencomputer im Wohnzimmer stehen. Wer weiß? Bis dahin bleibe ich jedoch vorerst bei meinem guten alten Laptop. Aber wer weiß, vielleicht wird er in Zukunft von einem Quantenlaptop abgelöst. Da hätten wir dann wohl wirklich die Nase vorn in Sachen Technologie.

Schlagwörter: Basel + NCCR SPIN + Andreas Kuhlmann

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