Quanten-Moskito auf der Autobahn

Physiker der Universität Stuttgart detektieren individuelle Kernspins mit einzelnen Seltenen-Erd-Ionen in Kristallen Kristalle, die mit seltenen Erden dotiert sind, werden bereits in Batterien, LEDs, Magnete, Lasern und vielen anderen Produkten eingesetzt. Bisher konnte man einzelne Kernspins in der unmittelbaren Umgebung von Seltenen-Erd-Elektronenspins jedoch noch nicht nachweisen. Forschende am 3. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart konnten nun zusammen mit Kollegen des Beijing Computational Science Research Center mit Hilfe der seltenen Erde Cerium einzelne Silizium-Kernspins messen, die sich im untersuchten Kristallgitter in der Nähe von Cerium befinden. Die Verwendung seltener Erden ist auf deren einzigartigen Eigenschaften zurückzuführen, weshalb ihre Elektronenspins eines Tages als wichtige Schnittstelle zwischen robusten Spin-Quantenbits und weitreichenden Telekom-Photonen dienen könnten. Besonders die langlebigen Kernspins könnten eines Tages essentielle Speicher-Aufgaben als Spin-Quantenbit erfüllen, und es schließlich ermöglichen, leistungsfähige Quantencomputer zu realisieren. ,,Wenn man einzelne, adressierbare Kernspins als nützliche Ressource für Quantentechnologien betrachtet, zum Beispiel für die Quantenfehlerkorrektur, dann bedeutet deren Detektion mittels seltener Erden, dass nun eine ganze Reihe neuer Materialien für Quantenanwendungen in Frage kommen", erklärt Thomas Kornher, wissenschaftlicher Mitarbeiter am 3. Physikalischen Institut.