Empa gelingt Umsetzung eines Quantenmodells
Die exakte Nachbildung des Heisenberg-Modells durch Empa-Forschende markiert einen bedeutenden Fortschritt in der Quantenforschung. Mit innovativen Nanographenen konnten komplexe Quanteninteraktionen präzise untersucht werden, was neue Möglichkeiten für Quantentechnologien eröffnet.
Quantentechnologien revolutionieren die Wissenschaft und bieten gewaltiges Potenzial für Kommunikation, Rechenleistung und Messtechnik. In einer bedeutenden Zusammenarbeit haben Forschende der Empa und ihre Partner ein theoretisches Quantenmodell in einem synthetischen Material präzise nachgebildet. Dieser Schritt bringt uns der praktischen Anwendung von Quantentechnologien einen bedeutenden Schritt näher.
Ein neues Zeitalter von Bits zu Qubits
In herkömmlichen Computern steht das Bit, ein binärer Zustand von 0 oder 1, im Zentrum der Informationsverarbeitung. Quantencomputer hingegen nutzen Qubits, die dank Quanteneffekten gleichzeitig 0 und 1 sein können. Diese Überlagerung, auch «Superposition» genannt, ermöglicht potenziell unendlich viele Zustände und damit eine revolutionäre Rechenleistung. Doch das Zusammenwirken von Qubits ist extrem komplex. Durch die präzise Ausrichtung und Verbindung von Elektronenspins haben die Empa-Forschenden nun eine wichtige Hürde überwunden, um die Theorie in die Praxis umzusetzen.
Die Synthese des Heisenberg-Modells
Im «nanotech@surfaces Laboratory» gelang es den Forschenden, eine Kette von Spins aufzubauen, die das eindimensionale alternierende Heisenberg-Modell von Nobelpreisträger Werner Heisenberg nachbildet. Sie nutzten das Nanographen-Molekül Clar’s Goblet, ein spezielles Kohlenstoff-Nanomaterial mit einer Sanduhr-Form, das die nötige Spin-Konfiguration aufweist. Auf einer Goldoberfläche verbunden, konnte eine perfekte Realisierung der Heisenberg-Kette erreicht werden, was den Forschenden detaillierte Untersuchungen an diesem Quantensystem ermöglichte.
Quantentechnologien der Zukunft
Die experimentelle Umsetzung dieses Modells bestätigt die Vorhersagen der Quantenphysik und eröffnet neue Horizonte in der Forschung. Roman Fasel, Leiter des nanotech@surfaces Laboratory, sieht in dieser Arbeit das Potenzial für vielfältige Quantenmaterialien und -systeme, die für neuartige Anwendungen weiterentwickelt werden können. Die Zusammenarbeit mit internationalen Expertenteams in Portugal und Deutschland zeigt, dass Quantentechnologien eine transdisziplinäre Anstrengung verlangen, um Theorie und Praxis in Einklang zu bringen.