Atomfalle für schnelle Quantencomputer

Winzige Pyramiden in einem Siliziumchip dienen als Reservoir für rechnende Atome

Prototyp eines Atomchips
Prototyp eines Atomchips

London (Großbritannien) - Einzelne Atome oder Lichtteilchen allein sollen genügen, um in Zukunft die rasanten Schaltprozesse auf einem Computerchip zu übernehmen. Nun entwickelten britische Physiker einen Prototyp für einen solchen Atom-Chip. Wie sie vorab in einer Veröffentlichung der Arxiv-Datenbank berichten, dienen winzige Pyramiden förmige Mulden in einem Silizium-Wafer als Reservoir für Rubidium-Atome, die bei Bedarf einzeln in eine Atomfalle eingeschleust werden können.

"Diese Technik ist viel einfacher als bisher existierenden Methoden zum Einfangen von Atomen", sagt Joseph Cotter vom Imperial College London. Mit lithografischen Techniken, die auch bei der Herstellung herkömmlicher Prozessoren genutzt werden, formte er zusammen mit seinen Kollegen ein Areal aus neun Pyramiden-Mulden mit einer Tiefe von gut zwei Millimetern auf einem Silizium-Rohling. In diese kleinen Hohlräume füllten sie Wolken aus einigen Tausend Rubidium-Atomen. Mit einer Kombination aus einem Magnetfeld und drei Laserstrahlen konnten diese Atomwolken bei Raumtemperatur stabil gehalten werden.

Wie viele frühere Versuche bereits zeigten, können mit einzelnen Rubidium-Atomen logische Schaltprozesse durchgeführt werden. Dazu müssen diese allerdings auf extrem tiefe Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt bei minus 273 Grad Celsius abgekühlt werden. Dieser Temperatursprung gelang nun auch mit einzelnen Rubidiumatomen aus dem Pyramiden-Reservoir nachdem sie in eine Falle aus Laserlicht geschleust wurden.

Bis zu einem marktfähigen Atomchip ist der Weg freilich noch sehr weit. Doch das Konzept der Londoner Physiker zeigt, dass durch eine geschickte Strukturierung von winzigen Speichern für Atomwolken alle wichtigen Komponenten auf einem einzigen Chip zusammengefasst werden können.