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PHYSIK: Neue Moleküle fürs Quantenrechnen

Ein Quantencomputer führt seine Berechnungen mit Hilfe von Quantenobjekten aus, die in einer Überla­gerung verschiedener Zustände existieren und zudem verschränkt sein können. Deshalb muss er seine Rechenschritte nicht nacheinander abarbeiten, sondern kann sie parallel durchführen – was seine Leistung immens steigert. Die Quantenobjekte verschlüsseln dabei Informationseinheiten namens Qubit. Wie gut sie sich für praktische Berechnungen eignen, hängt von ihrer Lebensdauer ab, der so genannten Kohärenzzeit. Meist wechselwirken sie schon nach kurzer Zeit mit der Umgebung, wobei sie alle nutzbaren quantenmechanischen Informationen verlieren.

Deshalb versuchen Wissenschaftler, Quantenobjekte zu finden, die sich als Qubits einfach manipulieren und auslesen, aber auch möglichst lange speichern lassen. Ein Team um Danna Freedman von der Northwestern University (USA) hat nun spezielle chemische Verbindungen untersucht, die hierfür geeignet sein könnten. Es handelt sich um Komplexe aus einem zentralen Vanadiumion und drei Kohlenstoff-Schwefel-Gruppen als Liganden. Diese schirmen den Spin des zentralen Vanadiumions gut ab, so dass seine quantenmechanische Information lange erhalten bleibt.

Durch Modifizieren der Komplexe und Wählen eines geeigneten Lösungsmittels schafften es die Forscher, die Lebensdauer des Vanadium-Qubits bis auf 700 Mikrosekunden (millionstel Sekunden) zu steigern. Das ist das Zehnfache des bisherigen Rekords bei Komplexverbindungen. Die Forscher betonen, damit sei eine Grenze überschritten, ab der Quantencomputing praktisch möglich wird. Zwar erfordern derartige Kohärenzzeiten Temperaturen unterhalb von minus 260 Grad Celsius; zudem sind bei anderen Quantensystemen bereits längere Kohärenzzeiten erreicht worden. Doch zeigt die Arbeit neue Zugangswege zu diesem noch sehr experimentellen Gebiet auf.

Februar 2016

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft Februar 2016

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  • Quelle

Zadrozny, J. M., et al.: Millisecond Coherence Time in a Tunable Molecular Electronic Spin Qubit. In: ACS Cent. Sci., 2015