Amerikanische Wissenschaftler haben erstmals drei Elektronen in kontrollierter Weise quantenmechanisch gekoppelt. Dazu benutzten die Forscher extrem kurze Laserpulse, die gebundene Elektronen in einem magnetischen Halbleitermaterial anregen und damit quantenmechanisch verschränken konnten. Das berichten die Physiker im Fachmagazin Nature Materials (Märzausgabe).
Das Ziel der von Jiming Bao von der Universität von Michigan in Ann Arbor und seinen Kollegen durchgeführten Experimente ist die Herstellung eines Quantencomputers mit herkömmlichen, in der Mikroelektronik bekannten Halbleitermaterialien und Fabrikationstechniken. Als Speichereinheit – so genannte Quanten-Bits oder Qbits – dienten dabei Elektronen, die an chemische Verunreinigungen in einem Block aus Cadmium-Tellur gebunden waren. Diese Fremdatome wurden in einem als Dotierung bezeichneten Vorgang in kontrollierter Weise in den Halbleiter gebracht.
Mittels eines nur fünzig bis einhundert Femtosekunden (den Millionstel Teil einer Milliardstel Sekunde) langen Laserblitzen regten die Forscher nun Fremdatome energetisch an. Dadurch bildeten sich in der Fachwelt unter dem Namen Exzitonen bekannte Elektron-Loch-Paare, die mit den bereits an den Fremdatomen gebundenen Elektronen wechselwirkten. Wie sich herausstellte, wurden diese Elektronen durch die Erzeugung und den anschließenden Zerfall der Exzitonen quantenmechanisch gekoppelt. Dies ließ sich durch eine spektroskopische Untersuchung bestätigen, bei der die Forscher die Reflexion von Licht an dem Halbleiterblock untersuchten.
Bevor an Fremdatome gebundene Elektronen als Speichereinheiten in Quantencomputern verwendet werden können, muss es allerdings erst noch gelingen, einzelne Fremdatome direkt durch Laserimpulse anzusprechen. In dem Experiment der Forscher wurden große Mengen von Fremdatomen gleichzeitig durch das Laserlicht angeregt.
Stefan Maier
