Wissenschaftler machen Quantensprung mit neuer Art von Qubit

Topologische Qubits werden erforscht, um Durchbrüche bei der Entwicklung eines Quantencomputers für universelle Anwendungen zu erzielen, aber bisher konnte niemand ein Quantenbit wie dieses in einem Labor demonstrieren.

In einem bedeutenden Durchbruch haben Wissenschaftler vom Forschungszentrum Jülich erfolgreich einen topologischen Isolator in ein konventionelles supraleitendes Qubit integriert.

Die neue Forschung wurde im Journal Nano Letters veröffentlicht.

Die Forschungsgruppe wurde von Dr. Peter Schüffelgen am Peter-Grünberg-Institut (PGI-9) des Forschungszentrums Jülich geleitet

Die Lösung der komplexesten Probleme

Quantencomputer haben ein enormes Potenzial für die Zukunft. Mit Quanteneffekten könnten diese Maschinen Lösungen für einige der komplexesten Probleme liefern, die mit herkömmlichen Computern in einem realistischen Zeitrahmen nicht zu bewältigen sind. Selbst mit diesen neuen Fortschritten erfordert die weitverbreitete Nutzung und Implementierung von Quantencomputern noch viel Arbeit.

Aktuelle Maschinen enthalten in der Regel nur eine kleine Anzahl von Qubits und sind oft fehleranfällig. Mit zunehmender Größe des Systems steigt auch die Schwierigkeit, es vollständig von seiner Umgebung zu isolieren.

Das topologische Qubit

Deshalb hoffen viele Experten, dass ein neuer Typ von Quantenbit, das topologische Qubit, diese Probleme lösen kann. Forscher sind nicht die einzigen, die daran arbeiten, sondern auch große Unternehmen wie Microsoft. Das topologische Qubit weist die besondere Eigenschaft auf, topologisch geschützt zu sein. Die geometrische Struktur der Supraleiter und ihre speziellen elektronischen Materialeigenschaften gewährleisten auch, dass die Quanteninformation erhalten bleibt.

Aufgrund dieser Eigenschaften gelten topologische Qubits als extrem robust und weitgehend immun gegen externe Dekohärenzquellen. Sie haben auch schnelle Schaltzeiten im Vergleich zu herkömmlichen supraleitenden Qubits, die von Unternehmen wie Google und IBM verwendet werden.

Trotz dieser Fortschritte sind die Forscher unsicher, ob sie topologische Qubits produzieren können, da es an einer geeigneten Materialbasis fehlt. Dies bedeutet, dass Experten die speziellen Quasiteilchen, die benötigt werden, nicht experimentell erzeugen können. Diese Quasiteilchen, oder Majorana-Zustände, konnten bisher nur in Theorie demonstriert werden.

Mit diesen hybriden Qubits eröffnen sich jedoch brandneue Möglichkeiten, und sie könnten zur Schaffung neuer Materialien führen.