Quantencomputing Forscher entwickeln Qubits aus granularem Aluminium

Quelle: KIT

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Quantenbits, auch Qubits genannt, sind die kleinste Recheneinheit von Quantencomputern. Ein Forschungsteam des KIT entwickelt nun Qubits, die 100-mal sensitiver auf Materialdefekte sind – ein wichtiger Schritt, um diese auszumerzen.

Die Eigenschaften von Gralmonium-Qubits werden durch eine winzige Engstelle von nur 20 Nanometern dominiert, die wie eine Lupe für mikroskopische Materialdefekte wirkt.
Die Eigenschaften von Gralmonium-Qubits werden durch eine winzige Engstelle von nur 20 Nanometern dominiert, die wie eine Lupe für mikroskopische Materialdefekte wirkt.
(Bild: KIT)

Forscher des KIT haben einen Weg gefunden, um Qubits stabiler zu machen. Laut einer Mitteilungen stellen sie die Informationsträger dafür aus granularem Aluminium her. Dadurch würden sich außerdem neue Möglichkeiten für die industrielle Herstellung mit Ätzverfahren und erweiterte Einsatzbereiche, zum Beispiel in starken Magnetfeldern, ergeben.

Qubits sind die Informationsträger von Quantencomputern und sorgen dafür, dass viele Rechenschritte parallel gemacht werden können. Sie arbeiten dabei nicht nur mit den Informationen „0“ und „1“, sondern auch mit Werten dazwischen. Die Schwierigkeit liegt laut KIT allerdings darin, Qubits herzustellen, die klein genug sind und sich schnell genug schalten lassen, um Quantenkalkulationen auszuführen. Supraleitende Schaltungen aus Materialien, die bei extrem niedrigen Temperaturen keinen elektrischen Widerstand aufweisen und daher elektrischen Strom verlustfrei leiten, galten hier laut den Forschern bisher am vielversprechendsten.

Lupe für mikroskopische Materialdefekte

„Das Herzstück eines supraleitenden Qubits ist ein sogenannter Josephson-Kontakt, der zur Speicherung von Quanteninformation dient. Genau an dieser Stelle haben wir eine entscheidende Veränderung vorgenommen“, sagt Ioan M. Pop vom Institut für Quantenmaterialien und Technologien des KIT (IQMT). Bisher wurden solche Josephson-Kontakte erzeugt, indem zwei Aluminiumschichten durch eine dünne Oxid-Barriere getrennt werden. „Im Gegensatz dazu verwenden wir für unsere Qubits nur eine einzelne Schicht aus granularem Aluminium, einem Supraleiter aus wenige Nanometer großen Aluminiumkörnern, die in einer Oxid-Matrix eingebettet sind“, so Pop. So bilde das Material ein dreidimensionales Netzwerk aus Josephson-Kontakten.

Die gesamten Eigenschaften der neuen Qubits werden laut KIT durch eine winzige Engstelle von nur 20 Nanometern dominiert. Dadurch wirke es wie eine Lupe für mikroskopische Materialdefekte in supraleitenden Qubits und biete eine vielversprechende Perspektive für deren Verbesserung. Seine Ergebnisse veröffentlichte das Team in der Zeitschrift Nature Materials.

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