US-Wissenschaftler entwickeln akustischen Atom-Chip für Hochleistungsrechnen

Annahmen aus der klassischen Physik gelten in diesem Bereich nicht mehr, und um diese Systeme zu steuern, müssen Wissenschaftler und Ingenieure zunächst verstehen, wie sie funktionieren.

Langfristig werden diese Chips in medizinischen Geräten, Telekommunikationssystemen, in unseren Fahrzeugen und als Bestandteil von künstlichen Intelligenz (KI)-Systemen überall eingesetzt werden.

Da Faktoren wie Wärme, Vibrationen oder elektromagnetisches Rauschen Quantenzustände beeinflussen, benötigten Wissenschaftler eine andere Lösung, um Quantensysteme auf atomarer Ebene zu steuern. Warum einen akustischen Atom aufbauen?

Was die Studie zeigt

Wissenschaftler des Fachbereichs Elektrotechnik und Informatik, des Fachbereichs Physik sowie des Zentrums für Quanteninformationswissenschaft und -technik an der Virginia Tech arbeiteten mit Kollegen vom Oak Ridge National Laboratory (ORNL) zusammen, um Wege zur Steuerung akustische Wellen oder Schallwellen genutzt werden können, um Signale auf nachhaltige Weise zu verarbeiten und zu routen, beschlossen die Forscher, dies weiter zu verfolgen.

Sie bauten einen akustischen Atom auf, ein chipgroßes Gerät, das Schallwellen einfangen und steuern kann. „In der Natur besitzt ein Atom diskrete Energieniveaus, zwischen denen Elektronen wechseln können", sagte Linbo Shao, Assistenzprofessor am Fachbereich Elektrotechnik und Informatik der Virginia Tech, in einer Pressemitteilung. „Unser akustischer Atom ist ein Gerät mit diskreten Energieniveaus für akustische Wellen." Unter Verwendung elektrischer Felder können wir Übergänge zwischen diesen akustischen Energieniveaus anregen und so reale Atome nachbilden. „Pfade für die Zukunft schaffen"Das akustische Atom ist eine Simulation atomarer Systeme und ermöglicht es Forschern, deren Verhalten zu steuern.

Dies hilft dabei, zu verstehen, wie Signalverarbeitung in Quantensystemen funktioniert, und wie sie für zukünftige Anwendungen kontrolliert werden kann. Nach Angaben der Forscher wird ihre Vorrichtung die Entwicklung hochempfindlicher Sensortechnologien, Schnittstellen für Quantenhardware und analoger Rechensysteme unterstützen.

Zudem wird sie zur Herstellung kleinerer

Zudem wird sie zur Herstellung kleinerer Komponenten für Mikrowellenkommunikation beitragen und die Signalverteilung sowie Filterung verbessern.

Im Gegensatz zu elektromagnetischen Wellen können akustische Wellen auf extrem kleinen Flächen eingesetzt werden, dabei jedoch Energie oder Informationen deutlich länger speichern. „Gegenwärtig verwenden wir klassische, kohärente Mikrowellensignale, um die akustischen Wellen anzutreiben." „Es wird noch ein langer Weg sein, bis wir dies auf die Ebene des einzelnen Phonons reduzieren können, aber wir sind optimistisch, dass dies bald geschehen wird", fügte Shao in der Pressemitteilung hinzu. „Letztendlich hoffen wir, dass diese Plattform einen neuen, hochkompakten Ansatz zur Signalverarbeitung und zur Durchführung auf einem Chip bietet." Die Forschungsergebnisse wurden heute in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.