Synchrotrons für Quantentechnologien

Synchrotronstrahlungsquellen erzeugen hoch­brillante Licht­pulse von Infra­rot bis zu harter Röntgen­strah­lung, mit denen sich tiefe Ein­blicke in komplexe Materi­alien gewin­nen lassen. Ein interna­tio­na­les Team hat nun im Wiley-Fach­journal Advanced Func­tio­nal Mate­rials einen Über­blick über Synchrotron­methoden für die Weiter­ent­wick­lung von Quanten­technologien veröffentlicht: Anhand kon­kreter Bei­spiele zeigen sie, wie diese einzig­artigen Werk­zeuge dazu bei­tragen können, das Poten­zial von Quanten­techno­logien wie z. B. Quanten­compu­ting zu erschließen, Produk­tions­barrieren zu über­win­den und den Weg für zukünftige Durch­brüche zu ebnen.

In der Quantentechnologie spielen quanten­physikalische Prinzipien wie Super­position, Inter­ferenz und Verschränkung die entschei­dende Rolle für ihre Funktion. Bauelemente der Quanten­technologie können Berech­nungen um Größen­ordnungen effizienter durch­führen (Quanten­computing), Informa­tionen sicher verschlüsseln oder in Sensoren eine beispiel­lose Mess­genauig­keit liefern. Allerdings ist es immer noch schwierig, solche Bau­elemente für den prakti­schen Einsatz zu entwickeln, denn Quanten­systeme reagieren von Natur aus empfind­lich auf Störungen durch die Umgebung, was ihre präzise Steuerung unter normalen Bedingungen erschwert. Um hier Fort­schritte zu erreichen und Fehler­quellen zu identifi­zieren, müssen solche Materi­alien und Bau­elemente eingehend charakte­risiert und noch besser verstanden werden.

Hier bieten Synchrotron- und FEL-Strahlungs­quellen den optimalen Werkzeug­kasten. Die Vielfalt an Methoden reicht von zerstörungs­freier Bild­gebung, Röntgen­beugung, Spektroskopie, Spektro­mikro­skopie bis hin zu Unter­suchungen von elektro­nischen und magneti­schen Nano-Strukturen.

Die neue Ausgabe des „Hitchhiker’s Guide to synchrotron and FEL light sources for quantum technology“ ist erschienen, gedruckt und online.

Quelle: Anna Makarova/HZB

Expertinnen und Experten vom HZB haben für diesen Über­blick gemeinsam mit Kolle­­in­nen und Kolle­gen von Univer­sitäten und weiteren europä­ischen Synch­rotron­strah­lungs­quellen ihr Wissen zusam­men­ge­tra­gen.

Zudem ist der „Hitch­hiker’s Guide to synchro­tron and FEL light sources for quan­tum techno­logy“ als zweite Auf­lage jetzt gedruckt und als Web­seite verfügbar.

Die Informationssammlung stellt kurz die wichtigsten Untersuchungs­methoden und Anwen­dungen vor und bietet ein ausführliches Ver­zeich­nis von Experi­mentier­stationen in Europa, die sich besonders für Forschung in den Quanten­techno­logien eignen, einschließ­lich Zugangs­möglichkeiten und Ansprech­partnern. [HZB / dre]