20.04.2022 • Quantenphysik

Erstes Hybrid-Quantenbit mit topologischen Isolatoren

Wichtiger Schritt auf dem Weg zum topologischen Quantencomputer gelungen.

Topologische Qubits könnten mit ihren besonderen Eigenschaften dem universell einsetzbaren Quantencomputer zum Durchbruch verhelfen. Bisher ließ sich aber noch kein Qubit dieses Typs im Labor realisieren. Wissenschaftlern des Forschungszentrums Jülich glückte jetzt ein wichtiger Teilerfolg: Ihnen gelang es erstmalig, einen topologischen Isolator in ein konventionelles supraleitendes Qubit zu integrieren.

Abb.: Chip mit Hybrid-Qubits. (Bild: R.-U. Limbach, FZ Jülich)

Aktuelle Quantenprozessoren verfügen meist nur über wenige Quantenbits. Das Hauptproblem ist die Fehleranfälligkeit. Je größer das System, desto schwieriger wird es, dieses vollkommen von der Umgebung abzuschotten. Viele Hoffnungen ruhen daher auf topologischen Qubits: Diese Art von Qubits ist topologisch geschützt.

Die spezielle geometrische Ausrichtung der Stromleiter und spezielle elektronische Materialeigenschaften sorgen dafür, dass die Quanteninformation erhalten bleibt. Topologische Qubits gelten daher als besonders robust und weitgehend immun gegenüber äußeren Störquellen. Gleichzeitig scheinen mit ihnen schnelle Schaltzeiten machbar, die mit denen von konventionellen supraleitenden Qubits vergleichbar sind.

Noch ist allerdings nicht klar, ob es überhaupt gelingt, topologische Qubits herzustellen. Denn es fehlt eine geeignete Materialbasis, um die speziellen Quasiteilchen, die dafür notwendig sind, zweifelsfrei experimentell zu erzeugen. Diese Majorana-Zustände konnten bislang nur in der Theorie, nicht aber experimentell, nachgewiesen werden.

Hybrid-Qubits, wie sie die Arbeitsgruppe um Peter Schüffelgen am Peter-Grünberg-Institut des Forschungszentrums Jülich jetzt erstmals realisiert hat, eröffnen dafür neue Möglichkeiten. Sie verfügen an entscheidenden Stellen bereits über topologische Materialien. Forscher erhalten damit eine neue experimentelle Plattform, um das Verhalten topologischer Materialen in hochempfindlichen Quantenschaltkreisen zu erproben.

FZ Jülich / RK