Einzelne Atome als Speicher nutzbar machen

Gerne würde man magnetische Datenspeicher bauen, bei denen mit einem Atom ein Bit gespeichert werden kann. Leider sind einzelne, auf einer Unterlage fixierte Atome meist so empfindlich, dass sie ihre magnetische Ausrichtung nur für Bruchteile einer Mikrosekunde beibehalten, erklärte Wulf Wulfhekel vom KIT. Dem Forscher ist es mit Kollegen nun gelungen, diese Zeit um das Milliardenfache auf mehrere Minuten zu verlängern. «Dies öffnet nicht nur das Tor zu dichteren Computerspeichern, sondern könnte auch für den Aufbau von Quantencomputern einen Grundstein legen», zeigte sich Wulfhekel begeistert. Quantencomputer basieren auf den quantenphysikalischen Eigenschaften atomarer Systeme und könnten zumindest in der Theorie einen riesigen Geschwindigkeitsvorteil gegenüber klassischen Computern besitzen.

Im vorliegenden Experiment setzten die Forscher ein einzelnes Holmiumatom auf eine Platinunterlage. Die Atome der beiden Elemente sind in Bezug auf Spin-Streuung für einander im Grunde «unsichtbar». Denn normalerweise wechselwirken die Elektronen der Unterlage mit dem Atom und destabilisieren den Spin des Atoms in Sekundenbruchteilen aus dem Grundzustand. Im Fall von Holmium und Platin werden bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt (um 1 K) störende Wechselwirkungen ausgeschaltet. Die Forscher setzten für das Experiment ein neuartiges Rastertunnelmikroskop des KIT ein, das dank einer speziellen Kühlung vibrationsarm ist und lange Messzeiten erlaubt.

Informationen haben die Wissenschafter im Experiment mittels externer Magnetfelder geschrieben, mit denen der Spin des Holmiums eingestellt wurde. Für das KIT sind damit Grundlagen für die Entwicklung kompakter Datenspeicher oder Quantencomputer gelegt.