Der Anfang vom Ende für PCs?

Dieser Quanten-Trick im Silizium-Chip könnte die gesamte Tech-Industrie auf den Kopf stellen und eine neue Ära der Computer einläuten.

gpt-image-1 | All-AI.de

Die Vision eines leistungsfähigen Quantencomputers rückt einen entscheidenden Schritt näher. Forschern der University of New South Wales in Australien ist es gelungen, eine der größten Hürden auf dem Weg dorthin zu überwinden: Sie brachten einzelne Atomkerne in einem handelsüblichen Silizium-Chip dazu, über eine Distanz miteinander zu kommunizieren. Dieser Durchbruch ebnet den Weg für skalierbare Quantenprozessoren, die mit den etablierten Herstellungsmethoden der milliardenschweren Halbleiterindustrie kompatibel sind.

Das Dilemma der Isolation

Quantencomputer beziehen ihre enorme Rechenleistung aus dem Verhalten von Qubits, den kleinsten Einheiten der Quanteninformation. Diese Qubits, beispielsweise realisiert durch den Spin von Atomkernen, sind extrem empfindlich. Um ihre quantenmechanischen Eigenschaften zu bewahren, müssen sie perfekt von der Außenwelt abgeschirmt werden. Gleichzeitig müssen sie aber kontrolliert miteinander interagieren können, um Berechnungen durchzuführen. Bisher war das ein fundamentaler Widerspruch.

Die australischen Forscher nutzen Phosphoratome, die in hochreines Silizium implantiert werden. Der Kernspin dieser Atome ist ein besonders stabiles Qubit, da er von Natur aus sehr gut isoliert ist. Doch genau diese Isolation machte es bislang schwierig, sie zu einem größeren Rechnernetzwerk zu verbinden. Die Atomkerne mussten sehr nah beieinander liegen und sich ein einziges Elektron teilen, um miteinander zu verschränken – ein Ansatz, der die Skalierung auf Millionen von Qubits praktisch unmöglich machte.

Elektronen als Dolmetscher

Die neue Methode löst dieses Problem auf elegante Weise. Anstatt die Atomkerne direkt aneinander zu koppeln, nutzen die Wissenschaftler Elektronen als eine Art Vermittler. Indem sie zwei Elektronen so manipulieren, dass sie sich über eine Distanz von etwa 20 Nanometern berühren, schaffen sie eine "Telefonleitung". Da jeder der beiden Atomkerne an sein eigenes Elektron gekoppelt ist, können sie nun über diese elektronische Brücke miteinander "sprechen" und in einen verschränkten Zustand versetzt werden.

Das eigentlich Revolutionäre daran ist die Größenordnung. Eine Distanz von 20 Nanometern entspricht exakt dem Maßstab, in dem moderne Computerchips heute gefertigt werden. Damit ist bewiesen, dass sich die präzise und saubere Welt der atomaren Qubits mit der etablierten und massentauglichen Welt der Silizium-Technologie verbinden lässt. Die Grundlage für Quantenprozessoren, die nicht mehr nur in Speziallaboren existieren, scheint damit gelegt.

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