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Chip mit Hybrid-Qubits: ein erster Schritt auf dem Weg zum topologischen Quantencomputer (Bild: Forschungszentrum Jülich/Ralf-Uwe Limbach )

Quantencomputer gelten als Rechner der Zukunft, denn mithilfe von Quanteneffekten könnten sie hochkomplexe Probleme lösen, die klassische Rechner nicht oder nicht in realistischer Zeit bearbeiten können. Von einem breiten Einsatz in der Praxis ist man allerdings noch weit entfernt. Aktuelle Quantenprozessoren verfügen meist nur über wenige Quantenbits. Das Hauptproblem ist die Fehleranfälligkeit. Je größer das System, desto schwieriger ist es, dieses vollkommen von der Umgebung abzuschotten.

Viele Hoffnungen ruhen daher auf einer neuen Art von Quantenbit – sogenannten topologischen Qubits. Ein Ansatz, den mehrere Forschungsgruppen und auch Firmen wie Microsoft verfolgen. Diese Art von Qubits ist topologisch geschützt. Die geometrische Ausrichtung der Stromleiter und spezielle elektronische Materialeigenschaften sorgen dafür, dass die Quanteninformation erhalten bleibt. Topologische Qubits gelten daher als besonders robust und weitgehend immun gegenüber äußeren Störquellen. Gleichzeitig scheinen schnelle Schaltzeiten machbar, die mit denen konventioneller supraleitender Qubits vergleichbar sind, die auch Google und IBM in heutigen Quantenprozessoren verwenden.

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Dr. Peter Schüffelgen (l.) und Tobias Schmitt (r.) vor dem Nanocluster am Forschungszentrum Jülich, das Kernkomponenten des Hybrid-Qubits im Ultrahochvakuum gefertigt hat. (Bild: Forschungszentrum Jülich/Sascha Kreklau )

Was Sie schon immer über Quantencomputer wissen wollten

Themenschwerpunkt Quantencomputer auf all-electronics.de
(Bild: Bartek Wróblewski – Adobe Stock)

Als im Juni 2021 der erste Quantencomputer in Deutschland von IBM eingeweiht wurde, war das Interesse groß. Aber was verbirgt sich hinter der Technologie? Was kann sie eines Tages leisten, woran wird geforscht und wo lauern Gefahren? Das und mehr erfahren Sie hier.

Noch keine geeignete Materialbasis

Nicht klar ist allerdings, ob es jemals gelingen wird, topologische Qubits tatsächlich herzustellen. Denn noch fehlt eine geeignete Materialbasis, um die dafür notwendigen Quasiteilchen zweifelsfrei experimentell zu erzeugen. Diese werden auch als Majorana-Zustände bezeichnet und ließen sich bislang nur in der Theorie nachweisen, nicht aber experimentell. Hybrid-Qubits, wie sie die Arbeitsgruppe um Dr. Peter Schüffelgen am Peter-Grünberg-Institut (PGI-9) des Forschungszentrums Jülich nun erstmals realisiert hat, eröffnen dafür nun neue Möglichkeiten. Sie verfügen an entscheidenden Stellen bereits über topologische Materialien. Forschende erhalten damit eine neue experimentelle Plattform, um das Verhalten topologischer Materialen in hochempfindlichen Quantenschaltkreisen zu erproben.

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