Forscher des Oberhauses der Wissenschaften und des Nationalen Forschungsschwerpunkts (NFS) stützten ihre Studie auf einen Qubit-Typ, der den Spin (Eigendrehimpuls) eines Elektrons oder eines Lochs nutzt, berichtete die Fachzeitschrift Nature Physics.
Qubits sind die Basis eines Quantencomputers und gewährleisten die Verarbeitung, Übertragung und Speicherung von Daten. Dazu ist es notwendig, stabile und schnelle Wechselwirkungen zwischen einer großen Anzahl von Qubits zu erreichen, deren Zustände vom Ausland aus zuverlässig kontrolliert werden können.
Dem neuen Experiment zufolge wäre es möglich, Millionen von Qubits auf einem einzigen Chip zu integrieren, mit Prozessen, die in der internationalen Mikroelektronikindustrie bereits etabliert sind.
Um das Problem der Anordnung und Verknüpfung Tausender Qubits zu lösen, nutzten die Universität Basel und der NFS den Spin eines Lochs, der vollständig elektrisch gesteuert werden kann, ohne dass zusätzliche Komponenten wie Mikromagnete auf dem Chip erforderlich sind.
Einem Team um Dr. Andreas Kuhlmann gelang erstmals eine kontrollierbare Wechselwirkung zwischen zwei Qubits innerhalb dieser Konfiguration: Es gelang ihnen, zwei Qubits zu koppeln und einen kontrollierten Spin eines ihrer Spins zu bewirken, abhängig vom Spinzustand des anderen , bekannt als kontrollierter Spin.
Wie Kuhlmann hervorhob, ermöglichen Lochspins die Schaffung von Zwei-Qubit-Gattern, die schnell und mit hoher Wiedergabetreue sind; Dieses Prinzip, bestätigte er, erlaube nun auch die Kopplung einer größeren Anzahl von Qubit-Paaren.
Der Energieaustausch von Löchern sei nicht nur elektrisch kontrollierbar, sondern aufgrund der Spin-Bahn-Kopplung auch anisotrop, was bedeutet, dass der Spinzustand eines Lochs durch seine Bewegung durch den Raum beeinflusst werde, erklärte die Quelle.
Dem Bericht zufolge haben experimentelle und theoretische Physiker der Universität Basel und des NFS SPIN bewiesen, dass Anisotropie Zwei-Qubit-Gates ohne den üblichen Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und Genauigkeit ermöglicht.
Lochspin-basierte Qubits nutzen nicht nur die bewährte Herstellung von Siliziumchips, sondern sind auch hoch skalierbar und haben sich in Experimenten als schnell und robust erwiesen, heißt es im Text.
Der Bericht fasst zusammen, dass dieser Ansatz großes Potenzial im Wettlauf um die Entwicklung eines groß angelegten Quantencomputers habe.
Nach Meinung von Experten könnte Quantencomputing die Verarbeitungsgeschwindigkeit, die Lösung komplexer Probleme und die Speicherkapazität sowie die Komplexität der kryptografischen Sicherheit und der groß angelegten Datenoptimierung für Bereiche wie künstliche Intelligenz erhöhen.
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