Supraleitende Quantencomputer

Die Mitglieder des europäischen SQUBIT-Projekts untersuchen momentan, ob Quanteninformationsprozessoren, in denen die Nanotechnologie des Josephson-Übergangs genutzt wird, bei niedrigen Supraleitungstemperaturen eingesetzt werden können. Das abschließende Ziel des Projekts besteht in der Erstellung eines besonderen XOR-Gatters, mit dem der Weg zum Quantencomputing erschlossen werden kann.

Supraleitende Technologien zeichnen sich dadurch aus, dass sie kompakte Festkörperbauteile mit steuerbaren makroskopischen Quanteneigenschaften und langer Kohärenzzeit erzeugen können. Die supraleitenden Technologien bieten den realistischsten Ansatz für ein Verfahren, das in Quantencomputern Anwendung findet.

Experimente mit Josephson-Verbindungsschaltkreisen zeigten langlebige kohärente Schwingungen, welche die Notwendigkeit einer theoretischen Analyse der dissipativen Dynamik der Qubits in Abhängigkeit von Geräuschquellen betonten. Solche Geräuschquellen können durch Ladungsfluktuationen im Hintergrund oder Variationen kritischer Strömungen bzw. magnetischer Felder entstehen. Die Projektgruppe hat den Einfluss verschiedener Geräuschquellen auf die Dynamik von zwei Stufensystemen an optimalen Punkten umfassend untersucht und ihre Analyse ist in bekannten Physikzeitschriften veröffentlicht worden.

Ein weiteres Hindernis für die Anwendung der Quanteninformatik ist der bisherige Mangel an zuverlässigen Quantendetektoren. Hierbei handelt es sich um ein echtes physikalisches System, das den Endzustand eines Qubit effizient auslesen kann. Ein schwach gekoppelter Detektor kann nur dann eine Einzelschussmessung durchführen, wenn er eine Observable misst, die erhalten wurde. In der Quantenmechanik wird eine Observable nur erhalten, wenn sie mit dem Hamilton-Operator des Systems z. B. Energie austauscht. Dann arbeitet der Detektor im QND-System (Quantum Non Demolition). Die Forschungsgruppe konzentrierte sich auf die kontinuierlichen schwachen Messungen der kohärenten Schwingungen eines Qubit ohne QND. Die Untersuchung des Ausgabespektrums eines Messgerätes bei beliebiger Spannung und Temperatur wurde ebenfalls in bekannten Physikzeitschriften publiziert.