Wien – Einen Ansatz, der den Weg in Richtung eines optischen Quantencomputers auf Basis von Graphen ebnen könnte, stellen Wiener Physiker im Fachmagazin "npj Quantum Information" vor. Dabei machen sie sich die speziellen Eigenschaften des oft als "Wundermaterial" bezeichneten Graphens zunutze, um dort miteinander wechselwirkende Photonenpaare als Informationsträger zu etablieren.

Noch ist nicht klar, auf welchen Konzepten künftige Quantencomputer beruhen, es konkurrieren dafür unterschiedliche Quantensysteme. Eine Möglichkeit ist ein auf dem Austausch von Quanteninformation zwischen Lichtteilchen basierender Rechner – ein photonischer Quantencomputer. Der Vorteil: Photonen wechselwirken kaum mit der Umgebung und eignen sich daher gut für die Speicherung und Übertragung von Quanteninformationen.

Lebensverlängerung für Plasmonen

Doch im Quantencomputer muss ein Photon den Zustand eines zweiten ändern können. Dem Konzept des Teams um Philip Walther von der Uni Wien und spanischen Kollegen zufolge, ließe sich diese Informationsübertragung (Quantenlogik-Gatter) in dem nur eine Kohlenstoff-Atomschicht starken Graphen realisieren.

Damit die Photonen besser wechselwirken, setzt man auf sogenannte Plasmonen. Sie entstehen, wenn Licht an Elektronen auf der Material-Oberfläche gebunden wird. In bisher eingesetzten Materialien ist den Plasmonen jedoch ein zu kurzes Leben beschert, damit sich die notwendigen Quanteneffekte überhaupt einstellen.

Im Graphen halten sie sich aber deutlich länger, was es erlaube, dass zwei voneinander auf verschiedenen Graphen-Bändern getrennte Plasmonen durch ihre elektrischen Felder miteinander wechselwirken. Die Wissenschafter arbeiten nun daran, die Realisierbarkeit ihres neuartigen Quantengatters mit aktuell verfügbaren Technologien nachzuweisen. Da das System von Natur aus klein ist und bei Raumtemperatur arbeitet, sollte es sich leicht skalieren lassen, wie es für viele Quantentechnologien erforderlich ist, so die Forscher. (APA, red, 6.5.2019)