Quantendurchbruch in der Computertechnik aus Finnland

Europäischen Wissenschaftlern ist es erstmals gelungen, einen Zeitkristall mit einem externen System zu verbinden – ein wichtiger Schritt in der Entwicklung des Quantencomputings. Ein Team der Aalto-Universität im finnischen Espoo unter der Leitung des Forschers Jere Mäkinen veröffentlichte eine Studie, in der beschrieben wird, wie sie den Kristall in ein optomechanisches System verwandelten. Solche Systeme könnten hochpräzise Sensoren oder Speichereinheiten für Quantencomputer ermöglichen.

Das Experiment wurde im Low Temperature Laboratory, einem Teil der nationalen Forschungsinfrastruktur OtaNano, und mit Hilfe der Rechenkapazitäten des Aalto Science-IT-Projekts durchgeführt.

Zeitkristalle wurden 2012 vom Nobelpreisträger Frank Wilczek theoretisch vorgeschlagen. Es handelt sich um Quantensysteme, die ohne externe Energiezufuhr in ihrem niedrigsten Energiezustand arbeiten. Im Jahr 2021 schufen Forscher von Stanford, Google, Max Planck und Oxford mithilfe des Sycamore-Quantenprozessors einen Zeitkristall. Später schuf die Technische Universität Delft einen Kristall in einem Diamanten.

Wissenschaftler der Aalto-Universität haben nun gezeigt, dass es möglich ist, einen Kristall an ein externes System zu koppeln und seine Eigenschaften zu optimieren. Sie injizierten Magnon-Quasiteilchen mithilfe von Radiowellen in eine Helium-3-Supraflüssigkeit. Nach dem Abschalten der Pumpe bildeten die Magnonen einen Zeitkristall, der bis zu 108 Zyklen lang aktiv blieb.

Während er allmählich verschwand, koppelte sich der Kristall an einen nahegelegenen mechanischen Oszillator, der von seiner Frequenz und Amplitude abhängig war. Mäkinen wies darauf hin, dass dieses Verhalten den optomechanischen Phänomenen ähnelt, die bei der Detektion von Gravitationswellen am Observatorium LIGO genutzt werden.