Schallwellen unterstützen Quantenkommunikation
Wissenschaftliche Beobachtung atomarer Dynamiken und Strukturen in entsprechenden Materien
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Beobachtung: Röntgenbilder der Schallwellen aufgenommen (Foto: anl.gov) |
Illinois (pte003/19.02.2019/06:10) Forscher der University of Chicago http://uchicago.edu haben mit Kollegen des Argonne National Laboratory http://www.anl.gov verschiedene Quantentechnologien mithilfe von Schallwellen kommunizieren lassen - ein Schritt, um die Technologie der Realität näherzubringen. Eine anhaltende Herausforderung besteht vor allem im Informationstransfer zwischen verschiedenen Arten von Technologien, wie Quantenspeichern und Quantenprozessoren.
Schallwellen konzentrieren
Eine Möglichkeit, um Quantenrechenoperationen durchzuführen, besteht in der Verwendung sogenannter "Spins". Dabei handelt es sich um die Eigenschaft eines Elektrons, die neben Masse und elektrischer Ladung besteht. Es ist jedoch eine rein quantenmechanische Größe, die der Anschauung nicht zugänglich ist. "Wir sind grundsätzlich der Frage nachgegangen, ob wir Quantenzustände der Materie mit Schallwellen manipulieren und verbinden können", schildert David Awschalom vom Argonne National Laboratory.
"Das Ziel besteht darin, die Schallwellen mit den Spins der Elektronen im Material zu koppeln", erklärt Studienautor Samuel Whiteley von der University of Chicago. Die erste Herausforderung bestehe darin, die Spins aufmerksam zu machen. So haben die Wissenschaftler ein System aus gekrümmten Elektroden gebaut, um die Schallwellen zu konzentrieren. Dies ist mit der Verwendung einer Vergrößerungslinse vergleichbar, um einen Lichtpunkt zu fokussieren.
Ausdehnung denkbar
Die Wissenschaftler haben starke Röntgenstrahlen einer riesigen Synchrotronstrahlungsquelle, der "Advanced Photon Source", genutzt, um die Atome im Inneren des Materials zu betrachten, während sich die Schallwellen mit fast 7.000 Kilometern pro Sekunde durch das Material bewegt haben. "Diese neue Methode ermöglicht es uns, atomare Dynamiken und Strukturen in Quantenmaterien auf extrem kleinen Längenskalen zu beobachten", sagt Awschalom.
Laut Whiteley ist es unter normalen Umständen schwierig, Quanteninformationen für mehr als ein paar Mikrometer zu senden. Dies entspreche der Breite eines einzelnen Strangs Spinnenseide. Mithilfe dieser Technologie könnte die Krontrolle über einen ganzen Chip oder Wafer ausgedehnt werden.
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