NUST MISIS

Neues Qubit funktioniert jetzt ohne Unterbrechungen

MOSKAU, April 14, 2018 /PRNewswire/ --

Vorstellung eines universellen Designs für supraleitende Qubits.  

Eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern aus Russland, Großbritannien und Deutschland hat ein alternatives Qubit-Design präsentiert, mit dem ein Quantencomputer gebaut werden kann. Nanodrähte aus Supraleitern sind die Hauptelemente des Designs. In ersten Experimenten erwies sich der neue Supraleiter-Qubit als nicht schlechter als der traditionelle, auf Josephson-Kontakten aufbauende Supraleiter.   

     (Photo: https://mma.prnewswire.com/media/676855/NUST_MISIS_New_Qubit.jpg )

Durch die Zusammenarbeit von Wissenschaftlern des russischen Quantum Center und NUST MISIS in Russland, der University of London und des National Physical Laboratory in Teddington in Großbritannien sowie des Karlsruher Instituts für Technologie und des IPHT Jena in Deutschland, sowie Beiträgen von MIPT und Skoltech (Russland), ist es gelungen, ein grundlegend neues Qubit zu schaffen, das nicht auf dem Josephson-Übergang basiert, der Lücken im Supraleiter hat, sondern auf einem kontinuierlich supraleitenden Nanodraht. Die Forschungsarbeit wurde in Nature Physics veröffentlicht.

Wissenschaftler rechnen damit, dass Quantencomputer Meilensteine erreichen werden. Der universelle Quantencomputer wurde zwar noch nicht entwickelt, aber Wissenschaftler können mit Hilfe von Qubits bereits chemische Verbindungen und Materialien entwerfen. Das Berechnungsprinzip erlaubt es auf seiner Basis sogar, bereits heute komplexe Probleme zu lösen. Viele wissenschaftliche Gruppen arbeiten daher an der Verbesserung der einzelnen Bestandteile von Quantencomputern. Die Erforschung und Verbesserung der Qubits, die die wichtigsten Rechenzellen eines Quantencomputers darstellen, sind der schwierigste Teil dieses Prozesses.

Es gibt mehrere Ansätze zur Erzeugung von Qubits. So gibt es beispielsweise Qubits, die im optischen Bereich arbeiten. Sie sind jedoch schwierig zu skalieren, im Gegensatz zu Qubits auf Supraleitern, die im Funkbereich arbeiten und auf sogenannten Josephson-Übergängen basieren. Jeder dieser Übergänge ist eine Unterbrechung im Supraleiter, oder besser gesagt, eine dielektrische Schicht, durch die Elektronen hindurchtunneln.

Das neue Qubit basiert auf dem Effekt des Quantenphasenschlupfes (Quantum-Phase Slip, QPS) - dem kontrollierten periodischen Lösen und Wiederherstellen der Supraleitung in ultradünnen (ca. 4 nm) Nanodrähten, die im Normalzustand einen relativ großen Widerstand aufweisen. Professor Oleg Astafiev, Leiter des Artifical Quantum Systems Laboratory am MIPT in Russland und Forscher an der University of London und dem National Physical Laboratory in Teddington (Großbritannien), war der erste, der diesen Effekt, der zuvor theoretisiert worden war, experimentell beobachtete. Seine Pionierarbeit wurde 2012 in Nature veröffentlicht.