Eine große Schwierigkeit bei vielen Ideen zur Realisierung von Quantencomputern ist, dass die Quantenzustände, die man zur Informationsspeicherung und -verarbeitung benötigt, nur bei Temperaturen von minus 273 Grad Celsius existieren. Physikern der Universität von Kalifornien in Santa Barbara ist es jetzt gelungen, die Quantenzustände der Spins von Elektronen in einem Halbleitermaterial durch Anlegen einer elektrischen Spannung bei Raumtemperatur gezielt zu manipulieren. Sie berichten darüber im Fachmagazin Nature (Bd. 414, S. 619).
Das von dem Team um David Awschalom verwandte Halbleitermaterial bestand aus Aluminium (Al), Gallium (Ga) und Arsen (As). Es war so aufgebaut, dass sich zwischen zwei “Mauern” mit konstanter AlGaAs-Konzentration ein “Quantenschacht” befand, in dem sich die Aluminiumkonzentration stetig änderte.
Durch die Veränderung einer an diesen Halbleiter angelegten elektrischen Spannung konnten die Forscher ein im Quantenschacht gefangenes Elektron über das Al-Konzentrationsgefälle hin und herbewegen. Weil sich mit der Al-Konzentrationsänderung aber gleichzeitig auch der so genannte g-Faktor ? ein indirektes Maß für das magnetische Moment ? ändert, wurde mit der Verschiebung des Elektrons auch sein Spin gezielt manipuliert.
Als untere Grenze für die Zeitspanne, während der mit dieser Technik die für Quantencomputer notwendige Kohärenz der Spinquantenzustände aufrecht erhalten werden kann, geben die Physiker 40 Billionstel Sekunden an. Sie glauben, dass dies zur Durchführung einiger schneller Rechenoperationen bereits ausreichend ist.
Axel Tillemans
