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Dübendorf, St. Gallen und Thun – Mit der Eröffnung eines hochmodernen Labors setzt die Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) neue Maßstäbe in der Erforschung kohlenstoffbasierter Quantenmaterialien. Das Projekt "CarboQuant", unterstützt von der Werner Siemens-Stiftung und dem Schweizerischen Nationalfonds (SNF), soll nachhaltige Quantentechnologien voranbringen und langfristig Anwendungen wie Quantencomputer ermöglichen.
Nano-Graphene als Grundlage für Quantentechnologien
Im Zentrum der Forschung stehen Nano-Graphene und Kohlenstoff-Nanobänder – winzige Strukturen aus Graphen, deren Quanteneigenschaften präzise kontrolliert werden können. Bereits im Empa-Labor "nanotech@surfaces" synthetisiert, versprechen diese Materialien innovative Anwendungen in Sensorik, Kommunikationstechnologien und Quantencomputing.
Rastertunnelmikroskopie für Quantenzustände
Das Herzstück des neuen Labors bilden zwei hochmoderne Rastertunnelmikroskope, mit denen sich einzelne Atome sichtbar machen und Quantenzustände gezielt manipulieren lassen. Durch den Einsatz von hochfrequenter Mikrowellenstrahlung können die Forschenden die Spins von Elektronen steuern. Diese quantenmechanische Eigenschaft ist für Quantencomputer von entscheidender Bedeutung, da sie über die klassische Binärlogik hinausgeht und komplexe Berechnungen ermöglicht.
Internationale Expertise für bahnbrechende Forschung
Die Leitung der neuen Forschungsgruppe für Quantenmagnetismus übernimmt die südkoreanische Wissenschaftlerin Dr. Yujeong Bae, eine international anerkannte Expertin auf diesem Gebiet. "Unsere Arbeit wird dazu beitragen, kohärente Quantenzustände gezielt zu detektieren und zu steuern, was eine zentrale Voraussetzung für funktionierende Quantentechnologien ist", erklärt Bae.
Ein besonderer Vorteil von Nano-Graphenen liegt in der Möglichkeit, mehrere Spins miteinander zu verknüpfen. Diese Interaktion zwischen Spins ist essenziell, um skalierbare Quantencomputer zu realisieren. Derzeit sind jedoch noch extreme Bedingungen wie Ultrahochvakuum und Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt erforderlich. Langfristig arbeiten die Forschenden daran, quantenbasierte Geräte zu entwickeln, die unter alltagstauglichen Bedingungen funktionieren.
Auf dem Weg zur technologischen Revolution
Das unmittelbare Ziel des "CarboQuant"-Projekts ist die Schaffung einer Materialplattform, die die Erforschung und Anwendung von Kohlenstoff-Nanomaterialien vorantreibt. "Mit der Eröffnung des Labors sind wir diesem Ziel ein entscheidendes Stück näher gekommen", betont Prof. Dr. Roman Fasel, Co-Leiter von "CarboQuant".
Das Forschungsprojekt läuft von 2022 bis 2032 und verfolgt das ehrgeizige Ziel, kohlenstoffbasierte Quantenmaterialien für elektronische Anwendungen bei Raumtemperatur nutzbar zu machen. Damit könnte die Empa einen entscheidenden Beitrag zur Entwicklung nachhaltiger Quantentechnologien leisten – und ein neues Zeitalter der Elektronik einläuten.
Herausgeber
Eidg. Materialprüfungs- und Forschungsanstalt
http://www.empa.ch
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