Datum: 1. März 2010, Nr. 20

Kopplung von Stickstoffzentren im Diamant gelungen

Weiterer Schritt in Richtung Quantencomputer

Ein weiterer entscheidender Schritt in Richtung Quantencomputer ist geglückt: Forschern der Universitäten Stuttgart, Ruhr Universität Bochum und Austin/Texas (USA) gelang es erstmals, zwei Stickstoffatome in einem Abstand von nur wenigen Nanometern so zu platzieren, dass über eine Laseranregung eine quantenmechanische Koppelung entsteht. Der Clou daran: Nur in einem Diamanten funktioniert das höchst genau, zuverlässig und sogar bei Raumtemperatur. Über ihre Ergebnisse berichten die Wissenschaftler in der renommierten Zeitschrift „Nature Physics“.*)

Die Forschungsergebnisse bestätigen die bereits seit einigen Jahren aufgestellte Vermutung der Stuttgarter Wissenschaftler Prof. Jörg Wrachtrup und Dr. Fedor Jelezko über die besonderen Eigenschaften des Diamanten: Das Farbzentrum – in der Fachsprache NV-Zentrum - liegt stabil im umgebenden Kohlenstoffgitter, wobei N für ein Stickstoffatom steht und V für eine Lücke. Da es im Diamanten quasi keine „Diffusion“ gibt, wandern die Atome nicht hin und her. Mit einem Laser gezielt beschossen, reagieren die beiden Stickstoffzentren und es kommt zu einer manipulierbaren Überlagerung der Spin-Zustände– den Drehbewegungen der Elektronen. Diese sehr komplexen Untersuchungen fanden in Stuttgart statt.

Dass die Kopplung der Atome im Farbzentrum des Diamanten selbst bei Raumtemperatur noch funktioniert, ist eine entscheidende Voraussetzung für den Aufbau des Quantencomputers. Dabei hatten die Forscher hohe Hürden zu überwinden. Damit die Voraussetzungen für ein Zusammenspiel der beiden Farbzentren im Diamant gegeben sind, mussten die Forscher sie in einem Abstand von zehn Nanometern (ein Nanometer entspricht einem Millionstel Millimeter) platzieren.

Mit ihren Experimenten stoßen die Forscher die Tür zu neuen Dimensionen auf. Bringt man einige zehn dieser Defektzentren in unmittelbare Nachbarschaft, so ließe sich damit ein Computer realisieren, der bei bestimmten Aufgaben jedem normalen Computer überlegen ist.

*) Philipp Neumann et al.: Quantum register based on coupled electron spins in a room-temperature solid. In: Nature Physics, Published online: 28 February 2010, doi: 10.1038/NPHYS1536

Weitere Informationen bei:
Prof. Jörg Wrachtrup, Universität Stuttgart,
3. Physikalisches Institut, Tel. 0711/685-65278,
e-mail: wrachtrup@physik.uni-stuttgart.de

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