Ein Experiment, durchgeführt von einem Team der University of New South Wales (UNSW), zeigt, dass zwei Atomkerne durch die vermittelnde Wirkung von Elektronen verschränkt werden können. Diese Arbeit, veröffentlicht in Science, ebnet den Weg für Quanten-Mikroprozessoren, die die gleiche Fertigungsskala wie die Siliziumchips in unseren Telefonen oder Computern nutzen.
Illustrationsbild Pixabay Wenn Atomkerne anfangen zu kommunizieren
Die Idee, Atomkerne als Recheneinheiten zu nutzen, ist alt, stieß aber auf ein großes Hindernis. Diese Kerne, extrem gut isoliert, erwiesen sich als sehr schwer miteinander zu verbinden.
Bisher bestand die einzige Möglichkeit, eine Verbindung herzustellen, darin, mehrere Kerne in denselben elektronischen Raum zu platzieren. Diese Konfiguration ermöglichte eine klare Kommunikation, konnte aber nicht in großem Maßstab erweitert werden.
Die Forscher umgingen diese Grenze, indem sie sich auf eine besondere Eigenschaft des Elektrons stützten: seine Fähigkeit, sich zu delokalisieren. Indem sie jeden Kern mit einem eigenen Elektron verbanden und dann diese Elektronen miteinander interagieren ließen, gelang es ihnen, einen neuartigen Kommunikationskanal herzustellen.
Eine elektronische Brücke für die Verschränkung
Das verwendete Protokoll, genannt "geometrisches Gatter", war bereits für die präzise Manipulation von Qubits in Silizium validiert worden. Zum ersten Mal wurde es auf zwei Kerne angewandt, die etwa 20 Nanometer voneinander entfernt sind.
Diese Zahl entspricht weniger als vierzig Siliziumatomen nebeneinander. In menschlichem Maßstab betonen die Forscher, dass eine solche Entfernung vergleichbar mit der zwischen Sydney und Boston wäre.
Eine Annäherung an die Halbleiterindustrie
Das Bemerkenswerteste ist, dass diese Skala von 20 Nanometern genau die der Transistoren in aktuellen elektronischen Schaltkreisen ist. Mit anderen Worten: Nukleare Qubits können nun mit der traditionellen Mikroelektronik koexistieren.
Diese technische Kompatibilität erlaubt es, eine Zukunft in Betracht zu ziehen, in der die Verfahren der Halbleiterindustrie direkt auf die Herstellung von Quantenprozessoren angewandt werden.
Die Forscher stellen sich bereits vor, die Verschränkung auf noch größere Entfernungen auszudehnen, indem sie die Elektronen bewegen oder ihre räumliche Ausdehnung erzwingen. Der Ansatz könnte dann eine wachsende Anzahl von Qubits verbinden, ohne an Präzision zu verlieren.
Um weiterzugehen: Was ist Quantenverschränkung?
Die Verschränkung verbindet zwei Teilchen so, dass ihre Zustände voneinander abhängig werden, selbst wenn sie weit voneinander entfernt sind. Eine Messung, die an einem durchgeführt wird, beeinflusst sofort den anderen.
Dieses Phänomen, seit Jahrzehnten experimentell bestätigt, hat unsere Sicht auf die Realität erschüttert. Heute ist die Verschränkung nicht mehr nur ein theoretisches Objekt. Sie bildet die zentrale Zutat für aufstrebende Technologien wie Quantenkryptographie und Quantencomputing.
Autor des Artikels: Cédric DEPOND
Quelle: Science