Quantentechnologie

Immer kleinere elektronische Bausteine, hochpräzise Sensoren, abhörsichere Kommunikationsverfahren oder Quantencomputer, die herkömmlichen Rechnern weit überlegen sind: An der TUM leisten wir Spitzenforschung in der Quantentechnologie – und schaffen im interdisziplinären Zusammenwirken von Natur- und Ingenieurswissenschaften die Basis für technische Innovationen, die unseren Alltag in Zukunft erleichtern werden.


  • Mit flüssigem Stickstoff gekühlter Hochtemperatur-Supraleiter. Die Voraussage, ob und wann ein Material supraleitend wird, hängt entscheidend davon ab, ob Anregungen Energie benötigen oder nicht. Eine Vorausberechnung dieser Eigenschaft ist jedoch schwieriger als gedacht, da sich ein zugrunde liegendes mathematisches Problem als prinzipiell unlösbar erwiesen hat. - Foto: Ulli Benz / TUM
    • Quantentechnologie, Forschung

    Fundamentales Problem der Quantenphysik unlösbar

    Gödel und Turing in der Welt der Quantenphysik

    Ein vielen fundamentalen Fragen der Teilchen- und Quantenphysik zugrunde liegendes mathematisches Problem ist nachweislich unlösbar. Den Beweis dafür haben Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM), des University College London (UCL) und der Universidad Complutense in Madrid – ICMAT erbracht. Es ist das erste wichtige Problem der Physik, für das eine so grundlegende Einschränkung gilt. Die Ergebnisse zeigen, dass sogar eine perfekte und vollständige Beschreibung der mikroskopischen Eigenschaften eines Materials nicht ausreicht, um sein makroskopisches Verhalten vorherzusagen.

  • Elektron im Quanten-Punkt, beeinflusst von Kernspins der Umgebung – Grafik: Fabian Flassig / TUM
    • Quantentechnologie, Forschung

    Quantencomputer aus gängigen Halbleitermaterialien

    Magnetfeld hilft Qubit-Elektronen, Informationen länger zu speichern

    Physiker der Technischen Universität München, des Los Alamos National Laboratory und der Universität Stanford (USA) spürten in Halbleiter-Nanostrukturen Mechanismen auf, aufgrund derer gespeicherte Informationen verloren gehen können – und stoppten das Vergessen mit Hilfe eines externen Magnetfeldes. Die neu entwickelten Nanostrukturen bestehen aus gängigen Halbleitermaterialien, kompatibel zu üblichen Herstellungsprozessen.

  • Eine App liefert intuitive graphische Darstellungen von Quantenzuständen gekoppelter Spins - Bild: Steffen Glaser / TUM
    • Quantentechnologie, Forschung

    Die Visualisierung der „Matrix“

    App vermittelt Einblicke in die Quantenwelt gekoppelter Kernspins

    Kernspintomografiebilder sind ein wichtiges Diagnoseinstrument. Der dabei erzielbare Kontrast hängt davon ab wie gut es gelingt, die den bildgebenden Signalen zugrunde liegenden Kernspins gezielt zu beeinflussen. Mathematisch werden die Eigenschaften von Kernspins durch eine spezielle Matrix beschrieben. Einem Team um Professor Steffen Glaser an der Technischen Universität München (TUM) ist es nun erstmals gelungen, eine allgemeine und intuitive graphische Darstellung der in dieser Matrix enthaltenen Informationen für beliebige Quantenzustände gekoppelter Spins zu entwickeln.

  • Wismut-Selenid-Probe zwischen zwei Gold-Elektroden – Bild: Christoph Hohmann / NIM
    • Quantentechnologie, Forschung

    Quantenströme: Oberflächlich und einzigartig

    Pikosekunden-Messungen zeigen hohe Leitfähigkeit in Topologischen Isolatoren

    Topologische Isolatoren sind eine außergewöhnliche Materialgruppe. Ihr Inneres wirkt als Isolator, aber die Oberfläche leitet Strom überaus gut. Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) konnten dies jetzt erstmals direkt, mit extrem hoher zeitlicher Auflösung und bei Raumtemperatur messen. Zudem ist es ihnen mit einem polarisierten Laserstrahl gelungen, die Richtung des Stromflusses zu beeinflussen.

  • Zukunftsvision Quantencomputer mit Chips aus Diamant und Graphen – Grafik: Christoph Hohmann / NIM
    • Quantentechnologie, Forschung

    Möglicher Lesekopf für Quantencomputer

    Graphenschicht liest optische Information aus Nano-Diamanten elektronisch aus

    Aus Stickstoff-Fehlstellen-Zentren in Diamanten ließen sich wichtige Komponenten eines Quantencomputers bauen. Doch bisher war es nicht möglich, die optisch ins System „geschriebene“ Information elektronisch wieder auszulesen. Mit Hilfe einer Graphenschicht hat ein Wissenschaftlerteam um Professor Alexander Holleitner von 
der Technischen Universität München (TUM) nun eine solche Leseeinheit realisiert.

  • Das Bild zeigt ein Nanoroehrchen (schwarz), das wie eine Gitarrensaite eingespannt und zu Schwingungen angeregt werden kann. Ein benachbartes elektrisches Feld sorgt dafür, das nur zwei der vielen möglichen Zustände angesteuert werden. Bild: M.J. Hartmann, TUM
    • Quantentechnologie, Forschung

    Quantencomputer aus Kohlenstoff-Nanoröhren

    Physiker entwickeln neue Technologie für Quantencomputer:

    Kohlenstoff-Nanoröhren eignen sich als Bausteine für Quantencomputer. Eine Studie von Physikern der Technischen Universität München (TUM) belegt, dass Nanoröhren Information in Form mechanischer Schwingungen speichern können. Bisher experimentierten Forscher vor allem mit elektrisch geladenen Teilchen. Für nanomechanische Bausteine spricht, dass sie ungeladen sind und daher wesentlich unempfindlicher gegenüber elektrischen Störungen wären.

  • Prof. Dr. Pfleiderer bereitet eine Probe in der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz vor. (Photo: Wenzel Schuermann / TUM)
    • Quantentechnologie, Forschung

    Strom bewegt magnetische Wirbel

    TUM-Physiker entdecken mit Neutronen neue Wege zur Datenspeicherung:

    Schneller, kleiner und energiesparender sollen die Rechner der Zukunft sein. Dazu müssen die Daten schneller geschrieben und verarbeitet werden. Diesem Ziel sind Physiker der Technischen Universität München (TUM) und der Universität zu Köln nun ein großes Stück näher gekommen. Die Experimentalphysiker der TUM setzten in einem Material ein Gitter aus magnetischen Wirbeln mit einem elektrischen Strom in Bewegung, der fast eine Million Mal schwächer war als in früheren Studien. Beobachtet haben sie die Koppelung zwischen elektrischem Strom und magnetischer Struktur, über die sie jetzt in der Fachzeitschrift Science berichten, mit Messungen an der Forschungs-Neutronenquelle FRM II der TUM.

  • Sebastian Mühlbauer bei der Vorbereitung eines Experiments
    • Quantentechnologie, Forschung

    Magnetische Wirbelfäden in der Elektronensuppe

    Physiker entdecken neue magnetische Ordnung:

    Physiker der Technischen Universität München (TUM) und der Universität zu Köln haben in der metallischen Verbindung Mangansilizium eine neue Form magnetischer Ordnung entdeckt. Das Gitter aus magnetischen Wirbelfäden, über dessen Existenz seit langem spekuliert wurde, konnte ein Team um den Diplomphysiker Sebastian Mühlbauer und Professor Christian Pfleiderer (beide TUM) mit Neutronen an der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) der TUM sichtbar machen. Ihre spektakuläre Entdeckung, die einerseits eine Jahrzehnte alte Frage über die Bausteine des Universums beantwortet und zudem neue Entwicklungen in der magnetischen Datenverarbeitung anstoßen könnte, veröffentlichen sie am 13. Februar 2009 in der renommierten Fachzeitschrift Science.