Auf dem Weg zum Quantencomputer
Qubits aus Kupferverbindung
Quantencomputer brauchen besondere Bauteile, die erst noch entwickelt werde müssen. Das fordert nicht nur Physiker, Ingenieure und Informatiker heraus sondern auch – Chemiker. An der Uni Jena habe ebendiese nun ein neues Molekül synthesiert, das sich für Quantenrechenoperationen eigenen könnte.
»Um ein Molekül als Qubit – so nennt man die Recheneinheit eines Quantencomputers – einsetzen zu können, benötigt es einen ausreichend langlebigen Spinzustand, der von außen manipuliert werden kann«, erklärt Prof. Dr. Winfried Plass von der Universität Jena. »Das bedeutet, der gerichtete Eigendrehimpuls der Elektronen des Moleküls, also der Spinzustand, muss so stabil sein, dass man Informationen eingeben und auslesen kann.« Genau diese Bedingung erfüllt das von Plass und seinem Team hergestellte Molekül.
Es handelt sich dabei um eine sogenannte Koordinationsverbindung und enthält somit organische und metallische Bestandteile. »Das organische Material bildet hierbei ein Gerüst, in dem sich die Metallionen auf ganz bestimmte Weise anordnen«, beschreibt Benjamin Kintzel, der an der Herstellung des Moleküls beteiligt war. »In unserem Fall liegt ein dreikerniger Kupferkomplex vor. Das Besondere dabei: Die Kupferionen bilden innerhalb des Moleküls ein exakt gleichseitiges Dreieck.« Nur so können die Elektronenspins der drei Kupferzentren so stark miteinander wechselwirken, dass das Molekül einen Spinzustand entwickelt, der es zu einem von außen addressierbaren Qubit macht.
»Auch wenn wir bereits wussten, wie unser Molekül theoretisch aussehen soll, so ist die Synthese doch eine ziemlich große Herausforderung«, sagt Kintzel. »Gerade die gleichseitige Dreiecksanordnung tatsächlich zu erreichen, gestaltet sich schwierig, da wir das Molekül kristallisieren müssen, um es genau charakterisieren zu können. Und wie sich ein solches Teilchen im Kristall verhält, lässt sich nur schwer vorhersagen.« Mit verschiedenen chemischen Werkzeugen und unterschiedlichen Feinabstimmungen während des Herstellungsprozesses ist es aber gelungen, das gewünschte Resultat hervorzubringen.
Das Chemikerteam der Universität Jena ist davon überzeugt, dass sein Molekül die Anforderungen erfüllt, um als Qubit eingesetzt zu werden. Ob es aber tatsächlich später als Recheneinheit Verwendung findet, lässt sich nur schwer vorhersagen. Denn wie Moleküle tatsächlich in Quantencomputer integriert werden können, dafür gibt es noch keine ultimative Lösung.
Über ihre Arbeit berichten sie in der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins Chemical Communications.
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