Quantencomputer sollen Anwendungen ermöglichen, die die Grenzen von klassischen Computern sprengen. Bevor jedoch Quantencomputer irgendwann in der Zukunft zum Einsatz kommen können, müssen zuerst die physikalischen Eigenschaften ihrer Bausteine geklärt und beherrschbar gemacht werden. Forscher der ETH Zürich haben nun eine Methode entwickelt, um so genannte Quantendots, das heißt mögliche Bauelemente von zukünftigen Quantencomputern, lokal untersuchen können.
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In den vergangenen Jahrzehnten hat die Halbleiterindustrie elektronische Bauelemente sehr erfolgreich miniaturisiert und ist in den Nanometerbereich vorgestossen. Bei noch viel kleineren Bauelementen kommt die Quantenmechanik ins Spiel. So genannte Quantencomputer werden dabei eine ganz andere Art und Weise des Rechnens durchführen als die heute bekannten klassischen Computer.
Mögliche Bausteine, die für Quantencomputer vorgeschlagen wurden, sind Quantendots, häufig auch „künstliche Atome“ genannt. Die Forschung beschäftigt sich mit den Grundlagen solcher quantenmechanischen Bauelemente und vor allem auch mit der gezielten Kontrolle ihrer physikalischen Eigenschaften.
Bewegung einzelner Elektronen kontrollieren
ETH-Forscher konnten nun in einer Arbeit zeigen, dass in einem Quantendot einzelne Elektronen durch das Bewegen der Spitze eines Rasterkraftmikroskops manipuliert werden können. Die Arbeit ist Ende November im Wissenschaftsmagazin „Physical Review Letters“ erschienen.
Dabei haben die Forscher die Potenzial-Landschaft der Quantendots ausgemessen, welche das Wechselwirkungspotenzial zwischen der Spitze und den einzelnen Elektronen abbildet. Ist die Spitze beispielsweise weit weg vom Quantendot, so hat sie wenig Einfluss auf dessen Leitfähigkeit. Kommt nun die Spitze näher, wird die potenzielle Energie der Elektronen im Quantendot erhöht und die Elektronen beginnen – eines nach dem anderen – den Quantendot zu verlassen.
Jeder Höchstwert in der Leitfähigkeit, den die Spitze misst, entspricht dabei einem weiteren Elektron, das den Quantendot verlässt. Diese Experimente mit dem Rasterkraftmikroskop geben also lokalen Zugang zu Quantendots. Es hat sich dabei gezeigt, dass sich die Methode für eine sehr kontrollierte Untersuchung verschiedener Geometrien von Quantendots anbietet, d.h. auch von Quantenringen oder gekoppelten Quantensystemen.
(idw – Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, 03.12.2004 – DLO)
