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US-Forscher des California Institute of Technology (Caltech) haben eine neue Methode entwickelt, um elektrische Quantenzustände effizient in Schall zu übersetzen, was damit auch umgekehrt funktioniert. Diese Art der Übersetzung könnte die Speicherung von Quanteninformationen ermöglichen, die von künftigen Quantencomputern vorbereitet werden, die wohl aus elektrischen Schaltkreisen bestehen werden. Das Verfahren wurde kürzlich in „Nature Physics“ vorgestellt.
Phononen zum Speichern
Die Quanteninformatik muss die von ihr verwendeten und verarbeitete Infos auf dem Computer speichern, seien es Fotos, Erinnerungen oder Einträge in die Browser-Adressleiste. Noch wird daran geforscht, wo und wie Quanteninformationen gespeichert werden können. Die neue Methode nutzt Phononen, also klangliche Äquivalente von Lichtteilchen (Photonen). In der Quantenmechanik sind alle Wellen Teilchen und umgekehrt. Die Experten haben mit Phononen zur Speicherung von Quanteninfos experimentiert, da es relativ einfach ist, kleine Geräte zu bauen, die diese mechanischen Wellen speichern.
Das winzige Gerät der Caltech-Forscher besteht aus flexiblen Platten, die durch Schallwellen mit extrem hohen Frequenzen in Schwingung versetzt werden. Wird elektrische Ladung auf diese Platten gelegt, können sie mit elektrischen Signalen interagieren, die Quanteninformationen tragen. So können diese zur Speicherung ins Gerät geleitet und zur späteren Verwendung wieder herausgeleitet werden – ähnlich wie die Tür zu einem Raum, in den hineingeschrien wurde.
Piezoelektrika untersucht
Laut Hauptautor Mohammad Mirhosseini haben frühere Studien eine spezielle Art von Materialien untersucht, sogenannte Piezoelektrika, als Mittel zur Umwandlung mechanischer in elektrische Energie in Quantenanwendungen. „Diese Materialien neigen jedoch dazu, Energieverluste für elektrische und Schallwellen zu verursachen, und diese Verluste sind in der Quantenwelt ein großes Problem“, so Mirhosseini. Im Gegensatz dazu ist die von ihm und seinem Team entwickelte neue Methode unabhängig von Eigenschaften bestimmter Materialien und daher mit etablierten Quantengeräten kompatibel, die auf Mikrowellen basieren.
Eine weitere Herausforderung für Quantenanwendungen ist laut Hauptautor Alkim Bozkurt die Entwicklung effektiver Speichergeräte mit geringem Platzbedarf. Sein abschließendes Fazit ist dennoch positiv: Das neue Verfahren ermögliche die Speicherung von Quanteninformationen in elektrischen Schaltkreisen über einen Zeitraum, der um zwei Größenordnungen länger ist als bei anderen kompakten mechanischen Geräten.
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