Auf dem Weg zu robusteren Quantencomputern
Majorana-Zustände sind in atomar gefertigten magnetischen Atomketten bemerkenswert robust.
Quantencomputer gelten als Schlüsseltechnologie der Zukunft – ihre Entwicklung wird bislang jedoch durch die hohe Fehleranfälligkeit von Quantenbits begrenzt. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung einer Forschungsgruppe der Universität Hamburg hat erstmals experimentell nachgewiesen, dass Majorana-Zustände in atomar gefertigten magnetischen Atomketten bemerkenswert robust sind. Die Ergebnisse liefern einen experimentellen Beleg für den theoretisch vorhergesagten topologischen Schutz dieser Quantenzustände und eröffnen neue Perspektiven für zukünftige Quantencomputer.
Das Forschungsteam aus Deutschland, Finnland, Japan und Australien konnte nachweisen, dass die exotischen Quantenzustände selbst bei elektronischer Unordnung des Materials sowie bei vergleichsweise hohen Temperaturen von 4,2 K stabil bleiben. Dies ist bemerkenswert, da heutige Quantenbits typischerweise Temperaturen unterhalb von 1 K benötigen und äußerst empfindlich auf strukturelle Defekte reagieren.
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Stabile Qubits mit topologischen Isolatoren
Durchbruch bei Quantenmaterial
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Neue Materialien für Quantencomputer
Majorana-Zustände gelten seit Jahren als vielversprechende Grundlage für topologische Quantencomputer. Diese nutzen spezielle Quantenzustände, die deutlich robuster gegenüber äußeren Störungen und Defekten im Material sein sollen als konventionelle Quantenbits.
Die theoretische Grundlage für diese Teilchen wurde bereits vor mehr als neunzig Jahren vom italienischen Physiker Ettore Majorana gelegt. Während ihre Suche in der Hochenergiephysik bis heute andauert, konnten in den vergangenen Jahren in Festkörpersystemen erste Hinweise auf Majorana-Quasiteilchen beobachtet werden. Die neuen Ergebnisse aus Hamburg liefern nun einen experimentellen Beleg für deren Robustheit – eine zentrale Voraussetzung für ihren Einsatz in fehlertoleranten Quantencomputern.
„Anders als viele andere Forschungsansätze – etwa in Halbleiter-Supraleiter-Hybridsystemen – untersuchten wir atomar präzis aufgebaute magnetische Atomketten auf supraleitenden Materialien“, sagt Roland Wiesendanger, Professor am Fachbereich Physik der Universität Hamburg und leitender Wissenschaftler des Exzellenzclusters CUI: Advanced Imaging of Matter. „Dabei gelangen uns in den vergangenen Jahren sowohl der Nachweis neuartiger topologischer Supraleitungszustände als Voraussetzung für die Existenz von Majorana-Zuständen als auch ein ‚Smoking-gun‘-Experiment zum Nachweis der exotischen Majorana-Quasiteilchen.“
Die nun veröffentlichten Ergebnisse eröffnen neue Perspektiven für die Entwicklung robuster Majorana-Quantenbits und könnte langfristig den Weg zu stabileren Hardware-Architekturen zukünftiger Quantencomputer ebnen. [UHH / dre]
Weitere Informationen
- Originalpublikation
H. Jang, D. Crawford, K. T. Ton, et al., Robustness of Majorana modes to a disorder potential in atomic chains on a superconducting Rashba alloy, Nat. Phys., 26. Mai 2026; DOI: 10.1038/s41567-026-03322-3 - Nanostruktur- und Festkörperphysik (Roland Wiesendanger), Fachbereich Physik, Universität Hamburg
