Den Quantencomputern noch einen Schritt näher

EU-finanzierte Forscher haben neuartige Wege zur Erzeugung von Qubits beschritten, die deren Effizienz steigern, was die Welt möglicherweise dem "Heiligen Gral" des Supercomputing noch einen Schritt näher bringt.

Digitale Wirtschaft

Computer auf Basis von Quantenbits (Qubits) anstelle der Standardbits hätten das Potenzial, Berechnungen in exponentiell höherer Geschwindigkeit als herkömmliche Computer durchzuführen. Quantencomputer eröffnen grenzenlose Anwendungsgebiete für komplexe numerische Berechnungen - man denke nur an den riesigen Unterschied in der Leistungsfähigkeit zwischen einem Taschenrechner und einem Computer im Zusammenhang mit schnell durchgeführten, sich wiederholenden Berechnungen. Die Macht der Qubits liegt in ihrer Fähigkeit, zu einem gegebenen Zeitpunkt in mehr als einem Zustand zu existieren. So heißt es nicht mehr "0" oder "1", sondern nun ist auch "0 und 1" denkbar. Ein Interferenzphänomen mit der Bezeichnung Dekohärenz hat sich jedoch als ein großer Stolperstein für die zum Rechnen mit Quanten erforderliche Leistung erwiesen. Dekohärenz bezieht sich auf zufälligen Veränderungen in den Quantenzuständen. Diese Instabilität führt zum Verlust von Informationen. Das Hauptproblem im Umgang mit Qubits sind somit zu Recht die Dekohärenzeffekte. Eine Anzahl von Entwürfen für Qubits basieren auf dem sogenannten Josephson-Effekt für Supraleiter bei niedriger kritischer Temperatur, wobei die kritischen Temperatur diejenige ist, bei dem ein Material supraleitend wird. Der Josephson-Effekt, die Fähigkeit von Elektronen, bei fehlender angelegter externer Spannung eine Tunnelspannung über sehr dünne nichtleitende Bereiche aufzubauen, entsteht wahrscheinlich aus der Inkohärenz der Elektronen in den zwei, um diesen Bereich getrennten Supraleitern. Das System aus zwei Supraleitern und dem typischerweise nichtleitenden Zwischenraum zwischen ihnen ist der Josephson-Kontakt. Im Rahmen des HYBMQC-Projekts ("Macroscopic quantum dynamics and coherence in hybrid superconducting circuits for quantum computation") finanziell unterstützte europäische Forscher wollten die Realisierbarkeit der Erzeugung qualitativ hochwertiger Qubits demonstrieren, die zum inneren Quantenschutz vor Dekohärenz zum Teil auf dem Josephson-Effekt in Supraleitern mit hoher kritischer Temperatur basieren. Die Wissenschaftler führten zahlreiche Experimente zum Vergleich von Josephson-Kontakten auf Basis von Supraleitern mit niedriger und hoher kritischer Temperatur durch. Sie konzentrierten sich auf Alternativen zu den herkömmlichen Niob-Kontakten (Nb), wozu auch Niobnitrid (NbN) gehört. Diese Kontakte waren durch mäßig gedämpfte Regimes gekennzeichnet, wobei die Dämpfung das makroskopische Quantentunneln bei niedrigeren Temperaturen im Vergleich zu herkömmlichen Josephson-Kontakten aufrechterhalten konnte. Josephson-Kontakte aus Supraleitern mit hoher kritischer Temperatur schienen vergleichbare Funktionalitäten wie Josephson-Kontakte aus Supraleitern mit niedriger kritischer Temperatur bei mehr Flexibilität zu bieten. Die Fortschritte bei der Steuerung von Josephson-Kontakten aus Supraleitern mit hoher kritischer Temperatur führten zum Entwurf einer Quanteninterferenzanordnung (rf-SQUID) aus Supraleitern mit hoher kritischer Temperatur und gaben den Anstoß zu einem neuen Hybriddesign und zur Fertigung integrierter Indium-Arsenid-Nanodrähte (InAs). Die Effizienz der vom HYBMQC-Projektteam unter Einsatz klassischer Kontakt-Plattformen erzeugter Qubits eröffnet den Weg hin zur Ausdehnung auf neuartige Materialien mit potentiell neuartigen Funktionen.

Macroscopic quantum dynamics and coherence in hybrid superconducting circuits for quantum computation

Den Quantencomputern noch einen Schritt näher

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