Riesenatom mit Gedächtnis

Die Forschergruppe aus deutschen, schwedischen und indischen Wissen­schaftlern hat ein künstliches Quanten­system untersucht und dabei neue Eigen­schaften gefunden. Die Experimente wurden an der Chalmers University of Technology in Schweden durchgeführt und die Theorie von Lingzhen Guo vom Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts in Erlangen berechnet. Der gemessene Effekt konnte bisher nie an einem einzigen Quanten­system beobachtet werden.

Das Riesenatom, das an einer Antenne befestigt ist, ist aus supraleit­fähigen Schleifen aufgebaut – den Qubits. Die Wissenschaftler konnten das Riesen­atom aufgrund seiner Größe mit akustischen Wellen anregen. Dieses „Erdbeben auf Nanoebene“ verändert den Energie­zustand des Systems. Beim Freisetzen der aufge­nommenen Energie beobachtete das Team ein erstaunliches Phänomen.

Während ein normales Atom seine Energie schnell wieder abgibt, nachdem es angeregt wurde, reagiert das riesige künst­liche Atom ganz anders: Es scheint über ein Gedächtnis zu verfügen. Lingzhen Guo aus der Abteilung von Florian Marquardt am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts fasst die Beobachtung zusammen: „Erst flacht das Energie­level ab, nur um kurze Zeit darauf wieder lebendig zu werden und einen weiteren Energie­schub abzugeben. Das ist ein Zeichen dafür, dass das Riesenatom mit seiner Umwelt interagiert.“

Wenn es gelingt, mehrere Riesen­atome mit­einander zu verknüpfen, könnte man sie zum Bau eines Quanten­computers verwenden. Diese in der Theorie unvor­stellbar leistungs­fähigen Rechner haben das Potenzial, die Computer­technologie zu revo­lutionieren. Es wird vermutet, dass die intrinsische zeit­verzögerte Rückkopplung von Riesenatomen genutzt werden könnte um Cluster­zustände für universelle mess­technische Quanten­berechnung zu erzeugen, für die wesentlich weniger Hardware-Ressourcen benötigt werden als für Gate-basierte Ansätze.

MPI-PL / JOL

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  G. Andersson et al.: Non-exponential decay of a giant artificial atom, Nat. Phys. 15, 1123 (2019); DOI: 10.1038/s41567-019-0605-6
• Dept. of Microtechnology and Nanoscience MC2, Chalmers University of Technology, Göteborg
• Abt. Theorie, Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts, Erlangen