Revolution in der Quantenforschung: Elektrische Steuerung von Molekülen!

Revolution in der Quantenforschung: Elektrische Steuerung von Molekülen!

Jena, Deutschland - In der Welt der Quantentechnologie blühen derzeit spannende Entwicklungen, die nicht nur das Feld revolutionieren, sondern auch die Möglichkeiten für die Zukunft erheblich erweitern. Ein frischer Fortschritt kommt aus der Universität Jena, wo ein interdisziplinäres Team unter der Leitung von Prof. Dr. Winfried Plass bahnbrechende Ergebnisse zur Steuerung von molekularen Spin-Zuständen präsentiert hat. Laut idw-online haben die Forscher erstmals die direkte Beeinflussung des Spin-Zustands von Molekülen durch elektrische Felder demonstriert. Diese Technik könnte die Entwicklung von Molekülen als Qubits für Quantencomputer erheblich vorantreiben.

Der Spin, ein Eigendrehimpuls der Elektronen, ist entscheidend für die Speicherung von Informationen in Quantencomputern. Das Team aus Chemikern der Universitäten Jena und Florenz hat mithilfe von Elektronenspinresonanz (ESR) die Einflüsse von elektrischen Feldern auf die Kopplungskonstante der Spins untersucht. Insbesondere wurde ein dreikerniger Kupferkomplex betrachtet, dessen Spins eine antiparallele Ausrichtung anstreben. Hierbei spielt der Ligand – eine organische Verbindung – eine zentrale Rolle bei der Kopplung der Spins.

Technologische Fortschritte im Quantencomputing

Während die Jenaer Forscher die molekulare Ebene erkunden, geht das Projekt SPINNING in eine andere Dimension. Hierbei handelt es sich um ein ehrgeiziges Vorhaben, das Quantenregister durch photonische Kopplungen zwischen optischen Mikroresonatoren realisiert. Ein bemerkenswerter Fortschritt ist die erfolgreiche Demonstration der Verschränkung von zwei Quantenregistern – jedes mit sechs Qubits – über eine Distanz von mehr als 20 Metern. Damit wird nicht nur die Skalierbarkeit dieser Technologie sichtbar, sondern auch die Verbindung zu konventionellen Computersystemen scheint möglich.

Die Ergebnisse zeigen eine hohe mittlere Güte von über 0,9 bei den verschränkten Zuständen. Zudem wurde die Technik als besonders geeignet für Anwendungen in der künstlichen Intelligenz erkannt. Der spin-photon-basierte Quantencomputer, der mit 12 Qubits arbeitet, liefert eine Fehlerquote von unter 0,5 % im Ein-Qubit-Gatter – ein respektabler Wert im Vergleich zu bestehenden supraleitenden Modellen.

Die Zukunft der Quantenprozessoren

Das SPINNING-Projekt hat sich das ehrgeizige Ziel gesetzt, einen Quantenprozessor „made in Germany“ zu entwickeln. Dieser soll auf Spin-Qubits in synthetischem Diamant basieren und könnte die Vorhersage von Produkten komplexer quantenchemischer Reaktionen ermöglichen. Die geplante Erweiterung von 10 Qubits auf 100 Qubits und mehr zeigt die Ambition, die Grenzen des Quantencomputings weiter zu pushen.

Ein markanter Vorteil dieser Technologie ist die niedrige Kühlanforderung, die eine Nähe zu klassischen Computersystemen ermöglicht und somit die Integration in bestehende Technologien erleichtert. Im Rahmen des Projekts planen die beteiligten Institutionen – darunter sechs Universitäten, zwei gemeinnützige Forschungseinrichtungen und fünf Industrieunternehmen – eine vorwettbewerbliche Entwicklung, die nicht nur die Hardware, sondern auch die Firmware und Software betrifft.

Mit all diesen innovativen Ansätzen ist die Region nicht nur auf einem guten Weg, im Bereich der Quantentechnologie eine führende Rolle zu spielen. Es liegen vielversprechende Möglichkeiten in der Luft, die darauf warten, erschlossen zu werden. Ein Blick in die Zukunft zeigt, dass hier noch viel mehr zu erwarten ist!