Magnetische Quantenobjekte als Datenbits
Ein einzelnes Informationsbit, gespeichert auf einer konventionellen magnetischen Festplatte, besteht aus einer Vielzahl benachbarter Atome, die ihre magnetischen Momente zu einem makroskopischen Effekt addieren. Auch in jedem einzelnen der winzigen Transistoren auf einem herkömmlichen Computerchip sind es Unmengen an Elektronen, die gemeinsam zwischen null und eins umschalten und so Information verarbeiten.
Die Studie
„Hysteretic vortex matching effects in high-Tc superconductors with nanoscale periodic pinning landscapes fabricated by He ion beam projection technique“, Physical Review Applied, 21.7.2017
Um Computer in Zukunft effizienter zu machen, wird deshalb nach Möglichkeiten gesucht, Bits in Form von einzelnen Teilchen oder Quanten zu realisieren. Im Gegensatz zu reinen Quantencomputern würden solche Geräte zwar auf derselben klassischen Logik basieren wie herkömmliche Computer - allerdings mit wesentlich höherer Geschwindigkeit und geringerem Energieaufwand operieren.
Gezielte Anordnung
In ihrer aktuellen Studie hat die Forschergruppe aus Physikern der Universitäten Wien und Linz nun einen Weg gefunden, sogenannte Fluxonen in einem Supraleiter - einem Material ohne elektrischen Widerstand - gezielt anzuordnen. Diese magnetischen Quantenobjekte sind die kleinsten Portionen eines Magnetfelds und eignen sich dazu, jeweils ein Informationsbit darzustellen.
„Fluxonen entstehen eigentlich fast immer, wenn ein Supraleiter einem Magnetfeld ausgesetzt ist“, erklärte Wolfgang Lang von der Fakultät für Physik der Universität Wien und einer der Autoren der Studie gegenüber der APA. „Sie sind dann allerdings völlig gleichmäßig verteilt und somit nutzlos für die Speicherung von Informationen.“
Falle für Fluxonen
Weist der Supraleiter allerdings eine punktförmige Störstelle auf, so wirkt diese quasi als „Falle“ für Fluxonen und hält sie an dieser Position fest. Lang und seine Kollegen erzeugten deshalb eine regelmäßige Anordnung von 180.000 solcher Fallen in dem Supraleiter, die in der Folge entweder ein Fluxon an sich banden oder leer blieben.
„Man kann sich das in etwa vorstellen wie den QR-Code, den man von Smartphones kennt“, so Lang. „Ist ein Fluxon in der Falle, handelt es sich um ein schwarzes Feld, ist die Falle leer, um ein weißes.“ Ähnliche Muster blieben im Labor über mehrere Tage stabil - eine für Quantensysteme außergewöhnlich lange Zeit. Wie Lang betont, geht es zunächst allerdings nur um eine erste Demonstration des Konzepts. In weiterer Folge wollen die Forscher nun einzelne Fluxonen entlang vordefinierter Bahnen bewegen, um auch Schaltkreise realisieren zu können.
science.ORF.at/APA