Akustische Manipulation von Elektronenspins kontrolliert Quanten

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So verliert man keine Quanteninformationen mehr

An diesem Punkt hilft ein weiterer physikalischer Prozess: Die vom Kreisel her bekannte Präzession, die jeder, der als Kind mit einem Kreisel gespielt hat, als Veränderung der Ausrichtung der Drehachse kennen gelernt hat, wenn man versuchte, den Kreisel zu kippen. Der elektronische Spin ist lediglich ein sehr winziger Kreisel, mit einer Präzessionsachse, die unter dem Einfluss einer akustischen Welle steht und die jedes Mal die Ausrichtung ändert, wenn das Farbzentrum zwischen Grund- und angeregtem Zustand springt. Weil die Länge der Zeit, die das Farbzentrum im angeregten Zustand verbringt, zufällig ist, führt der große Unterschied in der Orientierung der Präzessionsachsen in beiden Zuständen dazu, dass sich die Ausrichtung des Elektronenspins und damit die darin gespeicherte Quanteninformation unkontrolliert ändert.

Diese Änderung bewirkt, dass die im elektronischen Spin gespeicherte Quanteninformation nach mehreren Sprüngen verloren geht. Dieses Problem könne die Forschenden aber lösen! Eben durch eine geeignete Stimmung der Resonanzfrequenzen des Farbzentrums, durch die die Präzessionsachsen des Spins im Grund- und im angeregten Zustand kollinear werden. Das heißt, die Spins behalten ihre Präzessionsorientierung entlang einer wohldefinierten Richtung bei, auch wenn sie zwischen Grund- und angeregtem Zustand hin- und herspringen.

So könnten Quantencomputer für jeden bezahlbar werden

Unter dieser besonderen Bedingung wird die im Elektronenspin gespeicherte Quanteninformation von den durch den Laser verursachten Sprüngen zwischen Grund- und Anregungszustand entkoppelt. Die Technik der akustischen Manipulation bietet folglich neue Möglichkeiten, für die Verarbeitung von Quanteninformation in Quantengeräten, mit ähnlichen Abmessungen, wie die er bekannten Mikrochips. Das, glauben die Forschenden, dürfte erhebliche positive Auswirkungen auf die Herstellungskosten und damit auf die Verfügbarkeit von Quantentechnologien für die Allgemeinheit haben.

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