Chips für Quantencomputer
In den letzten zehn Jahren wurde experimentell nachgewiesen, dass supraleitende Stromkreise als zweistufige quantenmechanische Systeme (Qubits) für die Quanten-Informationsverarbeitung verwendet werden können. Neben Experimenten mit einzelnen Qubits wurden verschränkte makroskopische Quantenzustände in zwei dauerhaft mit einem Kondensator verbundenen Josephson-Kontakt-Qubits erzeugt. Die Ruheströme der einzelnen Kontakte wurden für die Steuerung der Interaktion zwischen den Qubits verwendet, indem deren Energieintervalle auf ein- oder ausgehende Resonanz getrimmt wurden. Für den Bau eines funktionierenden, skalierbaren Quantencomputers ist jedoch ein Netzwerk erforderlich, das die Kopplung einer beliebigen Anzahl von Qubits ermöglicht. Grundsätzlich ist die Kopplung direkt benachbarter Qubits ausreichend, um ein für universelle Berechnungen geeignetes Gatter zu konstruieren. Vor diesem Hintergrund haben die SQUBIT-Projektpartner Konstruktion und Funktion eines Netzwerks von Charge-Qubits - Single Cooper Pair Transistors (SCPT) - mit ringförmigen Elektroden untersucht. Die Qubit-Kopplung mit variabler Induktivität wurde durch die Kreuzung von Charge-Qubit-Loops an einem nichtlinearen Oszillator, durch Teilen des koppelnden Josephson-Tunnelkontakts und gezielte Aktivierung von Ruheströmen erreicht. Bei einem solchen ruhestrombasierten Kopplungsverfahren sind keine lokalen Magnetfelder für die Steuerung der Kopplung erforderlich, die zu ungewollten und weitreichenden schadhaften Auswirkungen führen würden. Ein weiteres wichtiges Merkmal ist die Möglichkeit, am Gegenkopplungspunkt jedes Qubit zu arbeiten, an dem der Effekt der Quantenbindung minimal ist und Gatterfunktionen einfach umzusetzen sind. Benachbarte Qubits in einer beliebig langen Kette wurden gekoppelt und mehrere unabhängige Zwei-Qubit-Gatter mithilfe dieses ruhestrombasierten Kopplungsmechanismus gleichzeitig ausgeführt. Äußerst wichtig ist die Tatsache, dass die Verschränkung von Zwei-Qubit-Gattern ein Steuergatter ergibt, das in Verbindung mit Ein-Qubit-Gattern universelle Funktionen ermöglicht und neue Möglichkeiten für die experimentelle Umsetzung grundlegender Quanten-Informationsverarbeitungsfunktionen bietet.
