Wissenschaftler haben vor Kurzem eine neue Art von molekularem Qubit auf Basis des seltenen Elements Erbium entwickelt, das dazu beitragen k\u00f6nnte, Quantencomputer \u00fcber die bestehende optische Infrastruktur zu verbinden und damit den Grundstein f\u00fcr ein zuk\u00fcnftiges Quanteninternet zu legen.
Erbium besitzt besondere optische und magnetische Eigenschaften, die die \u00dcbertragung von Quanteninformationen bei Telekommunikationswellenl\u00e4ngen erm\u00f6glichen, wie sie auch in globalen optischen Netzwerken verwendet werden. Dies erleichtert die Integration von Qubits in Siliziumchips und ebnet den Weg f\u00fcr kleinere und kompaktere Quantenger\u00e4te.
Das Team ver\u00f6ffentlichte seine Ergebnisse am 2. Oktober in der Fachzeitschrift Science und beschrieb die Technologie als \u201eeinen vielversprechenden Baustein f\u00fcr skalierbare Quantentechnologien\u201c, von hochsicheren Kommunikationsverbindungen bis hin zu Quantennetzwerken mit gro\u00dfer Reichweite.
Anders als herk\u00f6mmliche Qubits, die \u00fcblicherweise supraleitende Schaltkreise, gefangene Ionen oder Photonen sind, nutzen molekulare Qubits einzelne Molek\u00fcle, deren Elektronenspin den Quantenzustand bestimmt. Das Erbium-Qubit ist insofern besonders, als es sowohl als Spin-Qubit als auch als photonisches Qubit fungiert, da es Informationen magnetisch speichern und optisch auslesen kann.
In Experimenten gelang es den Forschern, die Spins eines Erbiumatoms in eine kontrollierte Superposition zu bringen und anschlie\u00dfend die Quantenzust\u00e4nde mittels optischer Spektroskopie auszulesen. \u201eDiese Molek\u00fcle k\u00f6nnen als nanoskalige Br\u00fccke zwischen Magnetismus und Optik fungieren\u201c, sagte Mitautorin Leah Weiss.
Der Betrieb mit Telekommunikationswellenl\u00e4ngen bietet zwei entscheidende Vorteile: Signale legen gro\u00dfe Entfernungen mit minimalen Verlusten zur\u00fcck, und Licht durchdringt Silizium problemlos ohne Absorption. Dadurch eignen sich Erbium-Qubits ideal f\u00fcr On-Chip-Hardware.
Jedes Qubit besteht aus einem einzigen Molek\u00fcl, das etwa 100.000 Mal kleiner ist als ein menschliches Haar, und seine Struktur l\u00e4sst sich mittels synthetischer Chemie individuell anpassen. Diese Flexibilit\u00e4t erm\u00f6glicht die Integration in Festk\u00f6rperbauelemente oder sogar in biologische Umgebungen.<\/p>\n\n\n\n
Forschungsleiter David Awschalom betonte, dass die n\u00e4chste Herausforderung die Integration sei: \u201eWir arbeiten daran, diese Qubits in On-Chip-Ger\u00e4te einzubetten, was neue M\u00f6glichkeiten zur Steuerung und Verbindung von Molek\u00fclen er\u00f6ffnen k\u00f6nnte.\u201c<\/p>\n