{"id":176385,"date":"2019-07-07T07:01:39","date_gmt":"2019-07-07T05:01:39","guid":{"rendered":"https:\/\/innovationorigins.com\/?p=176385"},"modified":"2019-07-07T07:01:39","modified_gmt":"2019-07-07T05:01:39","slug":"johannes-fink-nennt-weitere-details-zum-prototyp-einer-quantenschnittstelle","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/johannes-fink-nennt-weitere-details-zum-prototyp-einer-quantenschnittstelle\/","title":{"rendered":"Meistgelesen: wenn diese Klickzahlen zukunftsweisend sind, …"},"content":{"rendered":"

Gemessen an der Besucherzahl, war die vergangene Woche eine der besten in der Geschichte von Innovation Origins: Mehr als 25.000 mal wurde ein Artikel auf der Webseite angeklickt und die 100.000 Pageviews pro Monat kamen in Sicht! Es war die Erfindung einer Quantenschnittstelle<\/a> durch Professor Johannes Fink<\/em> aus \u00d6sterreich, die so viele Leser anzog. Vor allem die\u00a0 Amerikaner und Kanadier waren interessiert. In diesen L\u00e4ndern erreichten wir die h\u00f6chsten Leserquoten.<\/p>\n

Auf Platz zwei der meistgelesenen Artikel der vergangenen Woche landete eine Nachricht<\/a> \u00fcber ein neues Institut f\u00fcr Artificial Intelligence, das von der Stadt Eindhoven mit 100 Millionen Euro gef\u00f6rdert wird. Wenn diese Klickzahlen auf zukunftsweisende Technologien hinweisen, sollten wir in n\u00e4chster Zeit zwei Themen ganz genau verfolgen: Quantencomputer und Artificial Intelligence.<\/p>\n

Aber Ehre wem Ehre geb\u00fchrt: dem Quantencomputer, der ein Internet mit grenzenlosen M\u00f6glichkeiten verspricht! Professor Fink leitet<\/em> das Team Integrierte Quantensysteme<\/em><\/a> am Institute of Technology<\/em> (IST) Austria. Er und seine Kollegen forschten ein Jahr an einer M\u00f6glichkeit, Daten von einem Quantencomputer auf den anderen zu \u00fcbertragen. Innovation Origins bat Fink<\/em> um ein Interview, um noch mehr \u00fcber die Quantenschnittstelle zu erfahren.<\/p>\n

\"Matilda
Matilda Peruzzo am Cryostaten (c) IST Austria : Philip Krantz, Krantz NanoArt<\/figcaption><\/figure>\n

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Zun\u00e4chst wollen wir noch kurz das Projekt in Erinnerung rufen: Das Problem der Quantenschnittstelle liegt in der Elektronik des Quantencomputers, die nur bei extrem niedrigen Temperaturen funktioniert. Bei \u00dcbertragung m\u00fcssten die Informationen eine Umgebung mit hohen Temperaturen queren, in der sie nicht bestehen k\u00f6nnten.<\/p>\n

Dem Team gelang es, ein Ger\u00e4t zu entwickeln, das verschr\u00e4nkte Mikrowellen und optische Felder als Grundlage f\u00fcr eine Quantenteleportation erzeugt. Die Verschr\u00e4nkung ist eines der Grundprinzipien der Quantenmechanik \u2013 und Fink<\/em> et al. waren die ersten, die eine verschr\u00e4nkte Strahlung mit einem mechanischen Objekt erzeugten. Dabei l\u00f6sten sie ein weiteres Forschungsproblem: Der Siliziumbalken, den sie nutzten, ma\u00df eine L\u00e4nge von drei\u00dfig Mikrometern und eine Gesamtzahl von etwa einer Billion(10^12) Atome. Das ist f\u00fcr die Quantenwelt riesig. Quanteneffekte sind am einfachsten auf atomarer Ebene anzuwenden. Ungleich schwieriger ist eine Realisierung in gr\u00f6\u00dferem Ma\u00dfstab.<\/p>\n

\"Rasterelektronenmikroskopie
Rasterelektronenmikroskopie (c) Quantumids.com<\/figcaption><\/figure>\n

Bild oben<\/strong>: Zwei D\u00fcnnschicht-Aluminium-Spiralresonatoren sind an einer 220 nm dicken Siliziummembran aufgeh\u00e4ngt und kapazitiv mit einem mikrobearbeiteten mechanischen Nanostringoszillator in der Mitte gekoppelt. Durch zwei Pump-Felder mit Verstimmungsschalter gibt diese Mikrochip-Vorrichtung einen <\/em>kontinuierlichen Strom von verschr\u00e4nkten Mikrowellen-Photonen an ihren beiden Anschl\u00fcssen aus.<\/em><\/p>\n

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Johannes Fink im Interview:<\/h4>\n

IO<\/strong>: Selbst Quantenphysiker sagen, dass die Quantenphysik einfach nicht verst\u00e4ndlich ist. Wie erkl\u00e4ren Sie forschungsfernen Personen was Sie machen?<\/p>\n

Fink:<\/strong> “Einige Regeln und Effekte der Quantenphysik sind nicht intuitiv erfassbar, weil wir sie in unserer Alltagswelt nicht erfahren. Wenn man sich aber lang genug damit besch\u00e4ftigt, bekommt man auch daf\u00fcr eine Intuition und die Dinge wirken nicht mehr mysteri\u00f6s. Die Quantenphysik liefert genaue Vorhersagen f\u00fcr unsere Experimente und hat uns diesbez\u00fcglich noch nie wirklich \u00fcberrascht. Richtig aufregend w\u00e4re es eine Abweichung von der Theorie zu finden. Das ist bei unseren Energieskalen aber leider eher unwahrscheinlich.<\/p>\n

Einer forschungsfremden Person w\u00fcrde ich sagen, dass wir die quantenmechanischen Regeln, die f\u00fcr sehr kleine Teilchen wie einzelne Atome gelten, in einem Schaltkreis auf einem Mikrochip zur Anwendung bringen. Damit wollen wir eines Tages\u00a0leistungsf\u00e4higere\u00a0Sensoren, Simulationen, Rechner und Netzwerke realisieren.”<\/p>\n

Wie lange haben Sie an dem Prototyp f\u00fcr die Quantenschnittstelle geforscht?<\/h4>\n

Fink<\/strong>: “An diesem spezifischen Experiment haben wir circa ein Jahr gearbeitet. Die Resultate basieren aber auf Ergebnissen wie etwa dem spezifischen Design und der Fabrikationstechnologie der elektromechanischen Microchips, die ich bereits vor drei bis f\u00fcnf Jahren am Caltech<\/em><\/a> in Pasadena (CA) mitentwickelt habe.”<\/p>\n

Was haben Sie anders gemacht, als andere Forscher zuvor?<\/h4>\n

“Wir haben es geschafft, die extrem kleinen Auslenkungen des Siliziumbalkens relativ stark an das Mikrowellenfeld zu koppeln. Das ist gelungen, indem wir einige Schaltkreiselemente extrem miniaturisiert haben.”<\/p>\n

\u00a0Was war die gr\u00f6\u00dfte Schwierigkeit, die Sie \u00fcberwinden mussten?<\/h4>\n

“Neben der Herstellung des Microchips, war es eine Herausforderung, die Messung sehr genau zu kalibrieren und jegliche Artifakte im Messaufbau auszuschlie\u00dfen.”<\/p>\n

Und worin bestand die L\u00f6sung?<\/h4>\n

“Bei der Herstellung haben wir Ideen aus der Silizium-Photonik, der MEMS (Mikroelektromechanische Systeme) und der Welt der supraleitenden Schaltkreise kombiniert. Dazu haben wir einen trockenen Flusss\u00e4ureprozess implementiert, um den Siliziumbalken freizustellen und damit frei beweglich zu machen.<\/p>\n

F\u00fcr die Kalibration haben wir mechanische Schalter implementiert die auch bei 0.01 Grad Kelvin noch nutzbar sind, ohne das Experiment aufzuheizen. Diese haben wir dann verwendet, um zwischen einer temperaturkontrollierten Rauschquelle und unserem Bauteil hin und herwechseln zu k\u00f6nnen.”<\/p>\n

\"Johannes
Johannes Fink (vorne links) und Erstautor Shabir Barzanjeh (rechts au\u00dfen) mit Team vor dem Cryostaten (c) quantumids.com<\/figcaption><\/figure>\n

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Was trennt den Prototypen jetzt noch von einer Anwendung als Schnittstelle f\u00fcr Quantencomputer?<\/h4>\n

“Daf\u00fcr m\u00fcssen wir den Siliziumbalken an ein optisches Feld koppeln und Optik mit Mikrowellen verschr\u00e4nken. Die optischen Signale k\u00f6nnen dann auch f\u00fcr l\u00e4ngere Distanzen bei Raumtemperatur zwischen kalten Quantencomputern als Informationstr\u00e4ger genutzt werden.”<\/p>\n

Wie wird es weitergehen? Wird das Projekt in Richtung einer Quantenschnittstelle weiterentwickelt?<\/h4>\n

“Wir arbeiten bereits seit circa drei Jahren an genau diesem Ziel und k\u00f6nnen mit einem ganz \u00e4hnlichen mechanischen Oszillator bereits Mikrowellen in optische Telekom-Signale umwandeln. Im Vergleich zu kommerziellen Modulatoren funktioniert das bereits jetzt mit extrem hoher Effizienz und auch in beide Richtungen – was sehr wichtig ist, f\u00fcr unsere Anwendung in der Quantenmechanik. Allerdings ist es so, dass dieses Bauteil eine sehr kleine Bandbreite hat – also nur langsame Kommunikation m\u00f6glich ist – und dass es bei der Konversion noch sehr viel Rauschen zum Signal hinzuf\u00fcgt. Verschr\u00e4nkte Mikrowellen-optische Felder sind daher zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht m\u00f6glich. Aber wir arbeiten daran das zu \u00e4ndern.”<\/p>\n

Danke f\u00fcr das Gespr\u00e4ch.<\/h4>\n

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\u00dcber Johannes Fink<\/h3>\n

Der Wissenschafter schrieb schon seine Masterthesis am Physik Institut<\/a> der Universit\u00e4t Wien<\/a> 2007 <\/em> zum Thema Quantentheorie und verfolgt diese seither konsequent. Seinen Ph.D. absolvierte er an der\u00a0 ETH Z\u00fcrich<\/a><\/em> in der Abteilung f\u00fcr Physik, <\/em>wo er noch einen Postdoc anschloss (2006-2012). Es folgte ein Forschungsaufenthalt am California Institute of Technology<\/em> <\/a>(Caltech<\/em>) in Pasadena, CA (2012-2017). Seit 2016 forscht Fink<\/em> am Institute of Technology<\/em> (IST) Austria, nahe Wien, wo er die Gruppe Integrierte Quantensysteme<\/em> leitet.<\/p>\n

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