Verdrillte Schichten bringen Quantencomputer näher

Quantencomputer versprechen Rechenleistungen, die heutige Supercomputer in den Schatten stellen – doch die Technologie steckt noch in den Kinderschuhen. Ein zentrales Problem sind die winzigen Lichtquellen, sogenannte Quantenemitter, die Informationen in Form von Lichtteilchen übertragen. Bisher ließen sie sich nur schwer kontrollieren, was praktische Anwendungen behinderte.

Forscher der University of Technology Sydney haben nun einen überraschend einfachen Weg gefunden, diese Emitter zu steuern: Sie verdrehen atomdünne Schichten aus hexagonalem Bornitrid (hBN) – einem Material, das aus extrem dünnen, stapelbaren Lagen besteht. „Wir können die Schichten anheben, stapeln, verdrehen und so die Eigenschaften der Emitter verändern“, erklärt Dr. Angus Gale, Hauptautor der Studie. Das Verdrehen verändert Farbe und Wellenlänge des ausgesendeten Lichts deutlich stärker als bisherige Methoden.

Der Clou liegt in der Struktur des Materials. Anders als feste Kristalle wie Diamant oder Siliziumkarbid lässt sich hBN in einzelne Schichten zerlegen und neu zusammensetzen. Gale vergleicht das mit einem Käseblock: „Bei einem Block kommt man nicht an die Mitte heran. Bei Scheiben kann man sie trennen und neu anordnen.“ Diese Flexibilität eröffnet völlig neue Möglichkeiten.

Die Ergebnisse, veröffentlicht in der Fachzeitschrift Science Advances, zeigen, dass die Kontrolle über die Quantenemitter weit über das bisher Mögliche hinausgeht. „Oft ist die Manipulation sehr begrenzt, aber hier war die Verschiebung viel größer als erwartet“, so Gale. Der Durchbruch könnte den Weg für Quantencomputer ebnen, die nicht nur schneller rechnen, sondern auch abhörsichere Kommunikation und extrem präzise Sensoren ermöglichen – etwa für medizinische Diagnostik oder verbesserte GPS-Systeme.

Professor Igor Aharonovich, der die Studie betreute, betont das Potenzial: „Man kann zwei Schichten nehmen, die allein kaum etwas bewirken, sie in einem bestimmten Winkel zusammenlegen – und plötzlich entsteht ein völlig neues System.“ Die Arbeit zeigt, dass man nicht immer nach komplett neuen Materialien suchen muss, sondern vorhandene durch clevere Manipulation nutzbar machen kann.