Wetenschappers maken doorbraak in quantumfysica met nieuw type qubit

Topologische qubits worden onderzocht om doorbraken te maken in de ontwikkeling van een quantumcomputer voor universele toepassingen, maar niemand is erin geslaagd om een quantumbit zoals dit in een laboratorium te demonstreren.

In een belangrijke doorbraak hebben wetenschappers van het Forschungszentrum Jülich voor het eerst een topologische isolator geïntegreerd in een conventionele supergeleidende qubit.

Het nieuwe onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Nano Letters.

Het onderzoeksteam stond onder leiding van Dr. Peter Schüffelgen aan het Peter Grünberg Institute (PGI-9) van het Forschungszentrum Jülich

Oplossing voor de meest complexe problemen

Quantumcomputers hebben een enorm potentieel voor de toekomst. Met quantum-effecten kunnen deze machines oplossingen bieden voor enkele van de meest complexe problemen die niet kunnen worden verwerkt door conventionele computers in een realistische tijd. Zelfs met deze nieuwe vooruitgang is de brede toepassing en implementatie van quantumcomputers nog veel werk.

Huidige machines bevatten meestal slechts een klein aantal qubits en zijn vaak gevoelig voor fouten. Naarmate het systeem in omvang toeneemt, neemt ook de moeilijkheid van volledige isolatie van de omgeving toe.

De topologische qubit

Daarom hopen veel experts dat een nieuw type quantumbit, de topologische qubit, deze problemen kan oplossen. Onderzoekers zijn niet de enigen die hieraan werken, maar ook grote bedrijven zoals Microsoft. De topologische qubit heeft het speciale kenmerk dat deze topologisch beschermd is. De geometrische structuur van de supergeleiders en hun speciale elektronische materiaaleigenschappen zorgen ervoor dat de quantuminformatie behouden blijft.

Gezien deze kenmerken worden topologische qubits beschouwd als extreem robuust en grotendeels immuun voor externe bronnen van decoherentie. Ze hebben ook snelle schakeltijden in vergelijking met conventionele supergeleidende qubits die worden gebruikt door bedrijven zoals Google (GOOGL ) en IBM.

Ondanks deze vooruitgang zijn de onderzoekers nog onzeker of ze topologische qubits kunnen produceren vanwege een gebrek aan een geschikte materiaalbasis. Dit betekent dat experts de speciale quasideeltjes die nodig zijn niet experimenteel kunnen genereren. Deze quasideeltjes, of Majorana-toestanden, zijn alleen in theorie aangetoond.

Met dat gezegd hebbende, openen deze hybride qubits nieuwe mogelijkheden en kunnen ze leiden tot de creatie van nieuwe materialen.