Ein einzelnes Atom, auf einer Oberfläche fixiert, lässt Computerexperten träumen. Sie hoffen nämlich auf einen magnetischen Datenspeicher der Zukunft, der kleiner nicht sein kann. Denn ein Atom ist ein Bit. Gelingt es, den erzeugten magnetischen Spin für lange Zeit stabil zu halten, lassen sich Quantencomputer mit ungeahnter Leistung aufbauen. Ein Quantensprung, wie eine bedeutende Erfindung umgangssprachlich bezeichnet wird. Denn heutige Computer, so verzwickt ihre Technologie auch sein mag, funktionieren letztlich nach den gleichen Grundprinzipien wie die frühen Rechenmaschinen.
Ein Atom revolutioniert die Computertechnik
Forscher des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben ein einzelnes Atom auf einer Oberfläche so fixiert, dass der magnetische Spin über 10 Minuten stabil blieb. Ein einzelnes Atom, fixiert auf einer Unterlage, ist meist so empfindlich, dass es nur Bruchteile einer Mikrosekunde (200 Nanosekunden) seine magnetische Ausrichtung beibehält. Zusammen mit Kollegen aus Halle haben die KIT-Forscher es nun geschafft, diese Zeit um einen Faktor von etwa einer Milliarde 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. Quantencomputer basieren auf den quantenphysikalischen Eigenschaften von atomaren Systemen und könnten zumindest in der Theorie einen exponentiellen Geschwindigkeitsvorteil gegenüber klassischen Computern besitzen.
Holmium-Atom auf eine Platinunterlage
In dem aktuellen Experiment setzten die Forscher ein einzelnes Holmium-Atom auf eine Platinunterlage. Bei Temperaturen nahe am absoluten Nullpunkt, bei circa 1 Grad Kelvin, vermaßen sie die magnetische Ausrichtung des Atoms mittels der feinen Spitze eines Rastertunnelmikroskops. Der magnetische Spin sprang erst nach circa zehn Minuten um. Für das Experiment wurde ein neuartiges Rastertunnelmikroskop des KIT genutzt. Dank einer speziellen Kühlung für den Temperaturbereich nahe dem absoluten Nullpunkt ist es vibrationsarm und erlaubt lange Messzeiten.
Mittels externer Magnetfelder lässt sich der Spin des Holmiums einstellen und so Informationen schreiben. Damit wären die Grundlagen für die Entwicklung kompakter Datenspeicher oder Quantencomputer gelegt.