idw – Informationsdienst Wissenschaft

Nachrichten, Termine, Experten

Grafik: idw-Logo
Thema Corona

Science Video Project
idw-Abo

idw-News App:

AppStore

Google Play Store



Instanz:
Teilen: 
14.04.2022 08:50

Wichtiger Schritt auf dem Weg zum topologischen Quantencomputer: erstes Hybrid-Quantenbit mit topologischen Isolatoren

Dipl.-Biologin Annette Stettien Unternehmenskommunikation
Forschungszentrum Jülich

    Topologische Qubits könnten mit ihren besonderen Eigenschaften dem universell einsetzbaren Quantencomputer zum Durchbruch verhelfen. Bisher ließ sich aber noch kein Quantenbit, kurz Qubit, dieses Typs im Labor realisieren. Wissenschaftlern des Forschungszentrums Jülich ist nun aber ein wichtiger Teilerfolg geglückt. Ihnen gelang es erstmalig, einen topologischen Isolator in ein konventionelles supraleitendes Qubit zu integrieren. Ihr neuartiges Hybrid-Qubit schaffte es pünktlich zum „World Quantum Day“ am 14. April bis aufs Cover der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Nano Letters.

    Quantencomputer gelten als Rechner der Zukunft. Mithilfe von Quanteneffekten versprechen sie die Lösung von hochkomplexen Problemen, die mit klassischen Rechnern nicht oder nicht in realistischer Zeit zu bearbeiten sind. Von einem breiten Einsatz in der Praxis ist man heute allerdings noch weit entfernt. 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 einer neuen Art von Quantenbit – sogenannten topologischen Qubits. Der Ansatz wird von mehreren Forschungsgruppen und auch Firmen wie Microsoft verfolgt. 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, wie sie auch von Google und IBM in heutigen Quantenprozessoren verwendet werden.

    Noch ist allerdings nicht klar, ob es jemals gelingen wird, topologische Qubits tatsächlich herzustellen. Denn noch fehlt eine geeignete Materialbasis, um die speziellen Quasiteilchen, die dafür notwendig sind, zweifelsfrei experimentell zu erzeugen. Diese werden auch als Majorana-Zustände bezeichnet und konnten bislang nur in der Theorie, nicht aber experimentell, nachgewiesen werden. Hybrid-Qubits, wie sie die Arbeitsgruppe um Dr. Peter Schüffelgen am Peter Grünberg Institut (PGI-9) des Forschungszentrums Jülich nun erstmals realisiert hat, eröffnen dafür nun neue Möglichkeiten. Sie verfügen an entscheidenden Stellen bereits über topologische Materialien. Forschende erhalten damit eine neue experimentelle Plattform, um das Verhalten topologischer Materialen in hochempfindlichen Quantenschaltkreisen zu erproben.


    Wissenschaftliche Ansprechpartner:

    Tobias Schmitt
    Peter Grünberg Institut, Halbleiter-Nanoelektronik (PGI-9)
    Tel.: +49 2461 61-85417
    E-Mail: t.schmitt@fz-juelich.de

    Dr. Peter Schüffelgen
    Peter Grünberg Institut, Halbleiter-Nanoelektronik (PGI-9)
    Tel.: +49 2461 61-85250
    E-Mail: p.schueffelgen@fz-juelich.de

    Prof. Dr. Detlev Grützmacher
    Leiter des Peter Grünberg Instituts, Halbleiter-Nanoelektronik (PGI-9)
    Tel.: +49 2461 61-2340
    E-Mail: d.gruetzmacher@fz-juelich.de


    Originalpublikation:

    Integration of Topological Insulator Josephson Junctions in Superconducting Qubit Circuits

    Tobias W. Schmitt, Malcolm R. Connolly, Michael Schleenvoigt, Chenlu Liu, Oscar Kennedy, José M. Chávez-Garcia, Abdur R. Jalil, Benjamin Bennemann, Stefan Trellenkamp, Florian Lentz, Elmar Neumann, Tobias Lindström, Sebastian E. de Graaf, Erwin Berenschot, Niels Tas, Gregor Mussler, Karl D. Petersson, Detlev Grützmacher, and Peter Schüffelgen

    Nano Letters (13 April 2022), DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c04055


    Weitere Informationen:

    https://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/DE/2022/2022-04-14-hy... Interview zum aktuellen Stand der Forschung und Pressemitteilung de Forschungszentrums Jülich


    Bilder

    Dr. Peter Schüffelgen (l.) und Tobias Schmitt (r.) vor dem NanoCluster am Forschungszentrum Jülich, wo Kern-Komponenten des Hybrid-Qubits im Ultrahochvakuum gefertigt wurden.
    Dr. Peter Schüffelgen (l.) und Tobias Schmitt (r.) vor dem NanoCluster am Forschungszentrum Jülich, ...
    Sascha Kreklau
    Forschungszentrum Jülich / Sascha Kreklau

    Chip mit Hybrid-Qubits
    Chip mit Hybrid-Qubits
    Ralf-Uwe Limbach
    Forschungszentrum Jülich / Ralf-Uwe Limbach


    Merkmale dieser Pressemitteilung:
    Journalisten, Wirtschaftsvertreter, Wissenschaftler
    Elektrotechnik, Informationstechnik, Mathematik, Physik / Astronomie, Werkstoffwissenschaften
    überregional
    Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen
    Deutsch


     

    Dr. Peter Schüffelgen (l.) und Tobias Schmitt (r.) vor dem NanoCluster am Forschungszentrum Jülich, wo Kern-Komponenten des Hybrid-Qubits im Ultrahochvakuum gefertigt wurden.


    Zum Download

    x

    Chip mit Hybrid-Qubits


    Zum Download

    x

    Hilfe

    Die Suche / Erweiterte Suche im idw-Archiv
    Verknüpfungen

    Sie können Suchbegriffe mit und, oder und / oder nicht verknüpfen, z. B. Philo nicht logie.

    Klammern

    Verknüpfungen können Sie mit Klammern voneinander trennen, z. B. (Philo nicht logie) oder (Psycho und logie).

    Wortgruppen

    Zusammenhängende Worte werden als Wortgruppe gesucht, wenn Sie sie in Anführungsstriche setzen, z. B. „Bundesrepublik Deutschland“.

    Auswahlkriterien

    Die Erweiterte Suche können Sie auch nutzen, ohne Suchbegriffe einzugeben. Sie orientiert sich dann an den Kriterien, die Sie ausgewählt haben (z. B. nach dem Land oder dem Sachgebiet).

    Haben Sie in einer Kategorie kein Kriterium ausgewählt, wird die gesamte Kategorie durchsucht (z.B. alle Sachgebiete oder alle Länder).