Wissenschaft
Wissenschaftler entdecken neue Lichtform für Quantencomputer

Wissenschaflter vom Imperial College in London haben eine bisher noch unbekannte Lichtform entdeckt, die durch eine Verbindung von Photonen und einem einzelnen Elektron entsteht. Mit dieser neuen Lichtform könnten Schaltkreise für Quantencomputer entwickelt werden, die in Sekunden komplexe Berechnungen bewältigen.
von Vera Bauer am 20. August 2016

Licht ist ein wichtiges Element in unserem Leben, ohne sind wir im Dunkeln. Für Physiker ist Licht allerdings eine Reihe von elektromagnetischer Wellen, die in ihrer Frequenz und Wellenlänge stark variieren können. Es gibt sowohl sichtbares Licht als auch Lichtformen, die mit dem menschlichen Auge nicht wahrnehmbar sind, weil es zu hohe oder niedrige Frequenzen hat. Eine Gruppe Wissenschaftler vom Imperial College in London haben eine bisher unbekannte Lichtform entdeckt, die in Zukunft auch die Computertechnik revolutionieren könnte.

Licht besteht aus Photonen und wenn diese auf eine Oberfläche treffen, interagieren sie normalerweise mit vielen verschiedenen Elektronen. In einem Theoriemodell ist es der Forschergruppe nun aber gelungen, ein Lichtteilchen an ein einzelnes Elektron zu binden. Dadurch entsteht eine Art Symbiose zwischen den beiden Teilchen, bei der sie einige Eigenschaften des jeweils anderen annehmen.

Wenn das passiert können die Photonen durch die Bindung an das Elektron dessen Bewegungen verfolgen, obwohl sich Licht ja eigentlich gradlinig bewegt. Elektronen können umgekehrt mit Hilfe der Lichtteilchen Hindernisse in einem Schaltkreis überwinden. Die Entdeckung ist den Wissenschaftlern mit topologischen Isolatoren gelungen, ein Material, das erst 2007 entdeckt wurde. Im Inneren wirkt es wie ein elektrischer Isolator, der den Durchfluss von Strom verhindert, aber elektrisch geladene Teilchen auf der Oberfläche zulässt.

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Mit so einem topologischen Isolator simulierten die Forscher das Einfangen von Lichtteilchen und deren Bindung an einzelne Elektronen. Dazu bauten sie aus dem Material ein kugelförmiges Nanopartikel mit einem Durchmesser von weniger als 0,00001 Millimeter. Kaum vorzustellen, wie klein das ist.

Was bringt diese Entdeckung jetzt in der Computertechnik? Nun, wie ich oben schon geschrieben hatte, nimmt ein Elektron die Fähigkeit des Photons an, sich auch durch Schaltkreise mit Hindernissen zu bewegen. Das Ganze könnte dann zur Entwicklung von neuen Schaltkreisen führen, die mit dieser neuen Lichtform arbeiten und damit den Grundstein für Quantencomputer legen. Diese könnten dann Berechnungen innerhalb weniger Sekunden durchführen, bei denen heutige Computer 150 Jahre dran zu knabbern hätten.

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Man will nun versuchen, den oben beschriebenen Prozess auf ein sichtbares Maß zu übertragen. Das würde die Quantenforschung um einiges erleichtern. Experimentalphysiker beschäftigen sich jetzt auch damit, herauszufinden, ob sich das Theoriemodell in die Praxis umsetzen lässt.

Quelle: intel