EU-Wissenschaftler nehmen nächste Hürde der modernen Physik
Messungen in der Größenordnung eines einzelnen Moleküls unter Einsatz der Quantentechnologie werden erwartungsgemäß einem breiten Spektrum von Bereichen wie etwa der Informatik und der medizinischen Wissenschaft gewaltige Fortschritte bringen. SQUTEC (Solid State Quantum Technology and Metrology Using Spins), ein EU-finanziertes Projekt, bringt diese Vorstellung mit der Ausnutzung eines Diamantdefekts und von dessen magnetischen Spineigenschaften der Realisierung näher. Das Projekt hat bereits Verbindungen zur Computerindustrie geknüpft. „Modernes Rechnen mit aktuellen Verfahren hat im Hinblick auf die Miniaturisierung und optimale Geschwindigkeiten seine Grenzen erreicht - der nächste Sprung ist die Quantentechnologie“, erklärte Professor Jörg Wrachtrup von der Universität Stuttgart, der vom Europäischen Forschungsrat (European Research Council, ERC) für das SQUTEC-Projekt eine Finanzhilfe für erfahrende Forscher (Advanced grant) erhalten hat. „Hier geht es um eine neue Art der Informationsverarbeitung. Wir weisen nach, dass diese Defekte in Diamanten – oder magnetische Momente – beim Quantencomputing genutzt werden könnten“, führte er weiter aus. „Unerwarteterweise entdeckten wir während des Prozesses, dass diese Diamantdefekte außergewöhnlich gut geeignet waren. „Sie reagierten sehr empfindlich auf Magnetfelder, elektronische Felder, Temperaturen und Drücke“, fügte er hinzu. Das Projekt kooperiert mit dem Festplattenlaufwerksektor, aber die Technologie kann in der Molekular- und Zellbiologie angewandt werden. „Wir können die medizinische Bildgebung zur Aufwertung der Neurologie und Tumorerkennung voranbringen“, bekräftigte Prof. Wrachtrup. Projektziel war die Entwicklung komplexer Einzelspinsysteme aus den Diamantdefekten. Diese Systeme können angewandt werden, um fundamentale physikalische Eigenschaften wie die Quantenhaftigkeit von Festkörperspins und deren Einsatz in Sensoren zu erforschen. Zukunftsweisende Technologie SQUTEC hat bereits einen Maschinen-Prototyp gebaut. „Im nächsten Schritt geht es um ein Qualitätskontrollinstrument für die Produktionslinie. Von dieser Technologie getestete Festplatten- und Elektronikentwicklungen könnten in zwei bis drei Jahren auf dem Markt sein“, erläuterte Prof. Wrachtrup im Weiteren. Die von SQUTEC entwickelte Technologie ist die erste ihrer Art. „Das ist der erste Quantensensor, der unter Umgebungsbedingungen funktioniert. Zuvor gab es keinen Sensor mit Auflösung im Nanobereich. Unsere Geräte könnten revolutionäre Auswirkungen auf Bildgebungsanwendungen an zu untersuchenden Materialien in den Biowissenschaften haben. Hier handelt es sich um ein völlig neues Forschungsfeld“, fügte er hinzu. Einer der größten Vorteile der Technologie besteht darin, dass sie Quantenmessung unter Umgebungsbedingungen ermöglicht. „Es ist viel kostengünstiger und vielseitiger, Geräte zu betreiben, wenn sie keine Bedingungen wie sehr niedrige Temperaturen oder Vakuum benötigen“, fuhr Prof. Wrachtrup fort. Die existierende Technologie wie zum Beispiel supraleitende Quanteninterferenzeinheiten (SQUID) ist im Millimeter- oder Mikromaßstab überaus erfolgreich, erfordert aber auch sehr kalte Bedingungen. Die vorliegende Technologie arbeitet bei normalen Temperaturen und kann der Durchführung von Messungen bis hinunter in den Nanometerbereich dienen. Und die EU ist nicht die einzige Region, die diese Entwicklung vorantreibt. Weitere Staaten wie die USA, Australien und China stehen gleichermaßen auf der Stufe des Machbarkeitsnachweises. „Das Interesse von Seiten des Industrie ist jedoch stark - die Industrie will versuchen, diese Sache zu realisieren“, endete Prof. Wrachtrup. Das SQUTEC-Projekt wurde im Februar 2016 angeschlossen.
Schlüsselbegriffe
SQUTEC, Quantentechnologie, Single-Spin-Systeme, Einzelspinsysteme, Diamantdefekt, Biowissenschaft, Computing, Auflösung im Nanomaßstab, SQUID, supraleitende Quanteninterferenzeinheit
