Physiker der TU München, der University of Utah und des Hahn-Meitner Instituts in Berlin sind dem Quantencomputer aus Phosphor und Silizium nach eigenen Angaben einen Schritt näher gekommen. Elektrische, magnetische und optische Effekte von Phosporatomen wurden so kombiniert, dass sich ihr magnetischer Zustand bestimmen lässt. Damit ließen sich nach dem Rechenvorgang die Ergebnisse auslesen.
Ursprünglich traktierten die Wissenschaftler ihre Materialien mit Licht, Magnetfeldern und kurzen Mikrowellenimpulsen, um zu untersuchen, wie gut sie sich für Solarzellen eignen. Vor zwei Jahren bagann man, die Methode für ein Konzept zu verwenden, mit dem eines Tages vielleicht ein Quantencomputer realisiert werden kann. Dafür wurde nun der experimentelle Beweis erbracht. Magnetische Information, die in Phosphoratomen eines Siliziumkristalls gespeichert ist, lässt sich über ein geschicktes Messverfahren tatsächlich auslesen. Die Messmethode wurde am Hahn-Meitner-Institut für Photovoltaikmaterialien entwickelt. Die Berliner Forscher diagnostizieren damit Fehler im Aufbau von Siliziumkristallen, die in Solarzellen den Wirkungsgrad verringern. Um sie besonders empfindlich detektieren zu können, nutzten die Physiker den Elektronen-Spin. Durch den Spin verhalten sich die Elektronen, aber auch die Atomkerne des Phosphors, wie kleine Stabmagnete. Bereits 1998 hatte der amerikanische Physiker Bruce Kane deshalb vorgeschlagen, einen Quantencomputer zu realisieren, indem man einzelne Phosphorkerne nutzt, die in einem Siliziumkristall eingebettet sind.
Aber noch existieren viele technische Hürden. Erstens müssen die Phosphoratome und Kristalldefekte mit einer Genauigkeit von weniger als einem Milliardstel Meter in dem Siliziumkristall angeordnet werden. Zweitens muss der Quantencomputer programmiert und zum Rechnen gebracht werden. Drittens muss am Schluss die in den Kernen der Phosphoratome kodierte Information ausgelesen werden. Für diesen letzten Schritt glauben die Forscher nun eine Methode gefunden zu haben. Dabei spielen Elektronen auf den Phosphoratomen und an den Kristalldefekten eine Rolle. Mit Magnetfeldern und Impulsen aus Mikrowellenstrahlen wurden verschiedene Elektronenspins so präpariert, dass sie am Ende durch Messung des elektrischen Stroms durch den Kristall etwas über den magnetischen Zustand der Phosphorelektronen und -kerne preisgeben. Damit könnte prinzipiell ein Phosphor-Silizium Quantencomputer ausgelesen werden.
Die Forscher benötigen derzeit die Elektronen von mindestens 10.000 Phosphoratomen, um ein Signal zu messen. In einigen Jahren soll es möglich sein, sogar den magnetischen Zustand eines einzelnen Phosphorkerns zu detektieren. Dann ist man dem ersten Quantencomputers schon sehr nah.
