Drei ist keiner zuviel
Elektrisch steuerbare Quantenbits aus drei Quantenpunkten gebaut.
Ein internationales Forscherteam hat erstmals ein Quantenbit hergestellt und gesteuert, das aus drei Quantenpunkten besteht. Der Versuch belegt, dass sich solche Triplett-Quantenbits einfacher kontrollieren lassen als Quantenbits aus einem einzelnen oder zwei Quantenpunkten. Als besonders vielversprechend für solche Qubits gelten Quantenpunkte in Halbleitern, in denen die Elektronen nicht mehr frei beweglich sind und quantenmechanischen Regeln gehorchen. Der Drehimpuls der „eingesperrten“ Elektronen dient als Informationsträger.
Abb.: Lithografisch strukturierte Galliumarsenidschicht mit einem elektrisch steuerbaren Qubit. Drei Quantenpunkte, durch kleine rote Kreise markiert, bilden das Qubit, das sich über Kontakte (unten im Bild) elektrisch steuern lässt. Der große rote Kreis gibt die Lage des Sensors an, der das Qubit auslesen kann. (Bild: FZ Jülich / NPG)
Um ihn festzulegen, nutzen bisherige Konzepte elektrische oder magnetische Felder. Dieses Verfahren benötigt viel Platz und ist ungenau. Deshalb hatte David DiVincenzo, Direktor am Forschungszentrum Jülich und Institutsleiter an der RWTH Aachen, bereits 2000 vorgeschlagen, Qubits aus drei Quantenpunkten zu konstruieren. Mit einem Elektronenspin pro Quantenpunkt lassen sich in einem solchen Qubit theoretisch acht unterscheidbare Zustände erzeugen.
Dass dies auch praktisch funktioniert, hat jetzt ein Team von Forschern aus Europa und den USA nachgewiesen. Es gelang ihnen, die Position und Orientierung der Spins in drei Quantenpunkten allein durch elektrische Spannung gezielt und schnell zu steuern und auszulesen. Die notwendigen stromführenden Strukturen auf einer Halbleiteroberfläche von gut einem Quadratmikrometer Fläche erzeugten sie per Lithografie. Externe elektrische oder Magnetfelder benötigten sie nicht.
FZ Jülich / AH
