Quantenphysik

Quantentechnologien nutzen die ungewöhnlichen Eigenschaften der fundamentalen Bausteine der Materie. Sie versprechen Durchbrüche in der Kommunikation, der Rechenleistung, der Messtechnik und vieles mehr. Doch sind Quantenzustände fragil und deren Effekte schwer zu fassen. Entsprechend herausfordernd gestaltet sich die Forschung an realen Anwendungen. Empa-Forschenden und ihren Partnern ist nun ein Durchbruch gelungen: Sie konnten mit einer Art «Quanten-Lego» ein lange bekanntes theoretisches quantenphysikalisches Modell in einem synthetischen Material exakt nachbauen.

Die Vorhersage des Verhaltens vieler interagierender Quantenteilchen ist ein komplizierter Prozess, aber der Schlüssel, um das Quantencomputing für reale Anwendungen nutzbar zu machen. Eine von der EPFL geleitete Forschungsgruppe hat eine Methode entwickelt, um Quantenalgorithmen zu vergleichen und zu ermitteln, welche Quantenprobleme am schwierigsten zu lösen sind.

Forschende der ETH Zürich haben gezeigt, dass man die Quantenzustände einzelner Elektronenspins durch Elektronenströme mit gleichmässig ausgerichteten Spins kontrollieren kann. Diese Methode könnte in Zukunft in elektronischen Schaltelementen eingesetzt werden.

Wie chemische Reaktionen auf quantenmechanischer Ebene genau ablaufen, ist nicht leicht nachzuvollziehen. Experimentelle Anlagen wie der SwissFEL gewähren neue Einblicke in die ultraschnellen Abläufe, die dahinterstecken, doch die Daten werden dabei zu kompliziert, um sie klassisch modellieren zu können. Hier könnten Simulationen auf Quantencomputern weiterhelfen. 
 

Forschende der ETH Zürich haben eine spezielle Art von Magnetismus untersucht, indem sie mit Quantensimulatoren erzeugte Bilder von farbigen Punkten analysierten. Mit dieser Methode könnten sie in Zukunft auch andere physikalische Rätsel lösen, zum Beispiel im Bereich der Supraleitung.

Forschenden der ETH Zürich ist es gelungen, Ionen mittels statischen elektrischen und magnetischen Feldern einzufangen und an ihnen Quantenoperationen durchzuführen. In Zukunft könnten mit solchen Fallen Quantencomputer mit deutlich mehr Quantenbits als bisher realisiert werden.