Technische Universität Dortmund: Quanteninformationstechnologien eröffnen ungeahnte neue Möglichkeiten. So könnte sich ein absolut sicherer Datenaustausch realisieren lassen oder Computer mit einer Rechenleistung gebaut werden, die die klassischer Computer um Größenordnungen übersteigt. Grundlage hierfür sind die so genannten Quanten-Bits, die im Gegensatz zu klassischen Bits nicht nur die Werte Null oder Eins annehmen können, sondern in denen diese beiden Zustände auch überlagert werden können.

Diese Überlagerung macht Quanten-Bits jedoch extrem angreifbar. Selbst wenn man das Quanten-Bit, das momentan als das robusteste angesehen wird, heranzieht - den Spin eines einen Elektrons in einem Kristall - so lebt es nicht lange. Einer Arbeitsgruppe Dortmunder Physiker um Prof. Manfred Bayer von der Fakultät Physik war es in den letzten Jahren in zwei Veröffentlichungen in Science gelungen zu zeigen, dass seine Lebensdauer nur etwa eine Millionstel Sekunde beträgt. Sollen diese Quanten-Bits also überhaupt noch einen Nutzen haben, muss es möglich sein sie wesentlich schneller zu schalten.

Genau dies ist den Dortmundern in einer engen Kollaboration mit Wissenschaftlern aus Bochum, Washington und St. Petersburg nun gelungen, indem sie einen beliebigen Anfangszustand des Spins in jeden beliebigen Endzustand drehen können, und zwar so, dass "die Quantenmechanik überlebt". Und das auf einer Zeitskala von einer Billionstel Sekunde, womit die Lebensdauer des Spinzustands eine Million Mal unterboten wird. Diese Ergebnisse wurden jetzt in der renommierten Fachzeitschrift „Nature Physics“ veröffentlicht. Weltweit arbeiten sehr viele Gruppen an der Quanteninformationsthematik. Während die meisten sich den auf Spin eines einzelnen Elektrons konzentrieren, nehmen sich die Dortmunder eine Million Elektronspins vor, die sie dann durch geschickte Beleuchtung mit Laserpulsen sich alle gleich bewegen lassen können. Dies verleiht dem Ansatz besondere Stabilität. Mehr noch: In der soeben veröffentlichten Arbeit gelang es zum ersten Mal optisch induzierte Spinechos zu beobachten. Dies könnte dazu beitragen, die Lebensdauer des Quanten-Bits noch einmal drastisch zu verlängern.

Artikel: Nature physics: doi:10.1038/nphys1226