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Superconducting Qubits: Quantum computing with Josephson Junctions

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Herkömmliche Quantenlimits überwinden

Bei der Suche nach neuen Techniken zur Informationsverarbeitung zählen die Entwicklung von auf elementarer Ebene skalierbaren Quantenprozessoren und die Steuerung von Quanteninformationsspeichern zu den größten Herausforderungen für die Projektpartner von SQUBIT-2.

Digitale Wirtschaft

Da Bauteile mit integrierten Schaltkreisen herkömmlicher Computer bald das sogenannte Quantenlimit erreichen, haben sich die Forscher nicht mit der Vermeidung von Quanteneffekten befasst. Stattdessen haben sich die Forschungsarbeiten der SQUBIT-2-Projektpartner auf die Nutzung dieser Effekte für effizientere Computer konzentriert. Aufgrund der spezifischen Eigenschaften von Quantensystemen können Quantencomputer parallele Berechnungen durchführen und so die Rechenzeit verringern. Zudem können sie Probleme lösen, die für herkömmliche Computer als unlösbar gelten. Das einzigartige Potenzial supraleitender Tunnelübergänge zum Aufbau ausreichend großer und dennoch steuerbarer Systeme aus Quantenbits (Qubits) wurde in den Labors der Technische Universiteit Delft untersucht. Bei herkömmlichen Computern werden Informationen häufig als elektrische Ladung in winzigen Kondensatoren gespeichert. Die beiden verschiedenen Ladungszustände eines Kondensators stellen ein Bit dar (geladen oder ungeladen). Qubits hingegen können in eine Kombination aller möglichen Zustände versetzt werden, ein Phänomen, das als Verschränkung bezeichnet wird. Über die komplexe Manipulation verschränkter Zustände wurde zum ersten Mal im Rahmen des SQUBIT-2-Projektes berichtet. Genauer gesagt wurde ein supraleitendes Flux-Qubit mit drei ausgerichteten Josephson-Kontakten mit einem supraleitenden Quanteninterferenzgerät (Superconducting Quantum Interference Device, SQUID) verbunden. Dieses diente als Messsystem für die Erkennung der Quantenzustände und als harmonischer Oszillator. Mithilfe von Mikrowellenspektroskopie konnten die erzeugten verschränkten Zustände gesteuert und die resultierenden Rabi-Oszillationen des verbundenen Systems erkannt werden. Die Forschungsergebnisse weisen stark darauf hin, dass Quantengeräte in Zukunft zur Manipulation von Quanteninformationen eingesetzt werden können.

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