Quantencomputer: Internationale Forschergruppe liefert bahnbrechende Technologie mit österreichischer Beteiligung

Von Quantencomputern erhoffen sich Wissenschaftler grundlegende Fortschritte beim Verständnis von Naturgesetzen. Damit könnten neue Materialien und Medikamente entwickelt werden, die heute jenseits unserer Vorstellungskraft liegen. Aber auch in der Informationstechnologie werden Quantenprozessoren für Fortschritte sorgen. Sie sollen sichere Nachrichtenverschlüsselung ermöglichen und komplizierte Rechenoperationen schnell ausführen können.

Eine Möglichkeit, Quantencomputer zu realisieren, kann zum Beispiel die Manipulation von Photonen, also Lichtteilchen, sein. Dazu bedarf es Sensoren, die das Auftreffen von einzelnen Photonen erkennen und Aktuatoren die das Licht umleiten. Um das Signal nicht zu verfälschen, darf in dem Chip aber keine Wärme erzeugt werden. Optische Schalter, wie es sie heute schon gibt, funktionieren aber gerade durch das gezielte Erwärmen von Lichtleitern.

Die neue Methode ermöglicht die Kontrolle einzelner Photonen, ohne dabei Wärme zu verwenden. Zum Einsatz kommen hier mikroelektromechanische Aktuatoren (MEMS). Die Technologie ermöglicht optisches Schalten und Photonendetektion auf einem einzelnen Halbleiterchip. 

Für die Zukunft plant die Gruppe die Technologie so weiterzuentwickeln, dass sie mit den Spannungen in typischen Computersystemen kompatibel ist. Bisher benötigt der Versuchsaufbau noch Spannungen von über 150 Volt um zu Funktionieren. 

Geleitet wurde das Forschungsprojekt von Forschern des Department Angewandte Physik des KTH Royal Institute of Technology in Stockholm. Beteiligt waren aber auch zwei Forscher aus Österreich, die am Institut für Halbleiter- und Festkörperphysik der Johannes Keppler Universität Linz arbeiten. Die Erstveröffentlichung der Ergebnisse erfolgte am 03. März 2021 auf Nature Communications.