Quantenpunkt bringt Miniaturkeule zum Schwingen

Jan Oliver Löfken

Ein Computerchip auf einer Platine leuchtet orange auf.

solarseven/istock

Wer Ergebnisse von Quantencomputern oder Signale von hochempfindlichen Quantensensoren auslesen will, benötigt besondere Messverfahren. Forscher entwickelten nun einen neuen Ansatz, um die Prozesse aus der winzig kleinen Quantenwelt mit messbaren Vorgängen zu verknüpfen. Indem sie eine winzige Nanostruktur mit einem Laser bestrahlten, lösten sie einen Prozess aus, der schließlich eine Miniaturkeule in eine Schwingung versetzte. Wie die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift „Nature Nanotechnology“ berichten, könnte dieses Grundlagenexperiment eine neue Schnittstelle zwischen Quantensystemen und der makroskopischen Welt darstellen.

Zunächst fertigte Jean-Philippe Poizat von der Universität Grenoble Alpes gemeinsam mit seinen Kollegen eine 18 Mikrometer lange Struktur aus Galliumarsenid an. Diese stand in ihrem Experiment wie eine kleine Keule senkrecht auf einer Fläche. In den Fuß dieser Mikrokeule integrierten die Forscher eine spezielle Nanostruktur aus einem Halbleitermaterial – einen sogenannten Quantenpunkt. Diesen Quantenpunkt bestrahlten die Forscher mit Laserlicht, wodurch ein einzelnes Elektron-Loch-Paar, in der Fachsprache als Exziton bezeichnet, entstand.

Linsen und andere optische Bauteile auf einem Tisch

Versuchsaufbau

Aufgrund dieser entstandenen Elektron-Loch-Paare dehnte sich der Quantenpunkt ein wenig aus. Da sich die Nanostruktur zudem nicht mittig im Fuß der Mikrokeule befand, kippte die gesamte Mikrokeule leicht. Die Forscher wiederholten diesen Prozess in kurzen Abständen, wodurch immer wieder Elektron-Loch-Paare entstanden und die Mikrokeule zum Schwingen brachten. Diese Schwingung ließ sich wiederum mit einem Laser messen.

Dieses Experiment belegt, dass die optische Anregung eines Quantenpunktes eine messbare mechanische Bewegung hervorrufen kann. Nach Meinung der Forscher könnte die optomechanische Kopplung eines Quantenzustands mit größeren Objekten in Zukunft extrem empfindliche Sensoren ermöglichen. Über eine solche Schnittstelle wäre es auch vorstellbar die Informationen eines Quantencomputers auszulesen.

Quelle: https://www.weltderphysik.de/gebiet/technik/news/2020/quantenpunkt-bringt-miniaturkeule-zum-schwingen/