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)
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

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