Quantenpunkte lassen sich inzwischen zuverlässig herstellen und manipulieren. Da sie sich wie eine Art künstliches Atom verhalten und beispielsweise einen Spin besitzen, würden sie sich prinzipiell als Qubits für einen zukünftigen Quantencomputer eignen. Bisher war es jedoch schwierig, die Orientierung ihres Spins direkt zu bestimmen, da diese durch den Messprozess verändert wird – nur zeitlich gemittelte Werte ließen sich auslesen. Mit einem Trick messen Mete Atatüre von der University of Cambridge und Kollegen den Elektronenspin nun erstmals in Echtzeit.

In gewöhnlichen optischen Messverfahren müssen Forscher den Spinzustand eines Quantenpunkts mit derselben Laserfrequenz ermitteln, mit der sich der Spin auch umklappen lässt – also von der einen in die andere der zwei möglichen Richtungen. Damit beeinflusst die Messung unter Umständen das Messergebnis. Um dieses Problem zu umgehen, koppelten Atatüre und sein Team in einem halbleitenden Material einen Quantenpunkt mit einem anderen. Besitzen die beiden unterschiedliche Übergangsfrequenzen, lassen sie sich unabhängig voneinander anregen.

Auf Grund der Kopplung beeinflusst die Orientierung des zu untersuchenden Elektronenspins jedoch die Übergangsfrequenz des Hilfsquantenpunkts und damit auch die von ihm emittierte Strahlung. In ihrem Experiment regten die Wissenschaftler das Hilfssystem nun mehrmals an, detektierten die Fluoreszenzstrahlung und konnten auf diese Weise den Spinzustand des anderen Quantenpunktes zuverlässig ableiten – ohne ihn zu stören. Diese Technik bewährte sich bereits in anderen Quantensystemen, beispielsweise im Fall von Ionen oder Photonen. (mp)