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Zürich, 25.07.2017
Die Suche nach alternativen Konzepten zur Datenverarbeitung läuft weltweit auf Hochtouren. Wie Physiker nun berichten, ist es ihnen gelungen, hunderttausende magnetische Quantenobjekte stabil und regelmässig auf einem Supraleiter anzuordnen. Das neue System könnte in Zukunft zur Speicherung und Verarbeitung von Datenbits dienen.
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.
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.
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. Davon berichten sie im Fachjournal "Physical Review Applied". Diese magnetischen Quantenobjekte sind die kleinsten Portionen eines Magnetfelds und eignen sich dazu, jeweils ein Informationsbit darzustellen.
Fluxonen nutzbar machen
"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 Nachrichtenagentur APA. "Sie sind dann allerdings völlig gleichmässig verteilt und somit nutzlos für die Speicherung von Informationen."
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.
Ähnlich wie QR-Code
"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.