Speicherdauer von Qubits für Quantencomputer weiter verbessert

Die Abbildung illustriert das Herausfiltern unerwünschter Quasipartikel (rote Kugeln) aus einem Strom supraleitender Elektronenpaare (blaue Kugeln) mit Hilfe einer Pumpe mit Mikrowellen-Antrieb künstlerisch. Quelle: Philip Krantz, Krantz NanoArt

Quantencomputer könnten beim Lösen bestimmter Aufgaben eines Tages eine deutlich höhere Rechengeschwindigkeit erzielen als herkömmliche Digitalrechner. Supraleitende Schaltkreise gehören zu den vielversprechendsten Kandidaten für die Darstellung von Quanten-Bits – kurz Qubits, mit denen Quantenrechner Informationen speichern und verarbeiten.

Die hohe Fehleranfälligkeit der bisher verfügbaren Qubits begrenzt bisher noch die Größe und Leistungsfähigkeit der Quantencomputer. Dr. Gianluigi Catelani vom Jülicher Peter Grünberg Institut (PGI-2) und seine Kollegen haben nun einen Weg gefunden, den Zeitraum, über den supraleitende Schaltkreise eine „0“ oder „1“ speichern können, zu vervielfachen.

Die weiteren Mitglieder des Teams arbeiten in den USA (Massachusetts Institute of Technology, Lincoln Laboratory, und University of California, Berkeley), Japan (RIKEN), und Schweden (Technische Hochschule Chalmers).

Wenn man supraleitende Materialien unter eine materialspezifische Temperatur abkühlt, bilden jeweils zwei Elektronen Paare; Strom fließt dabei ohne Widerstand. Jedoch ist es bisher nicht möglich, supraleitende Schaltkreise zu bauen, in denen sich alle Elektronen zu Paaren zusammenfinden.

Einzelne Elektronen bleiben ungepaart und können sich nicht widerstandslos bewegen. Durch diese so genannten Quasipartikel geht Energie verloren und dies begrenzt die Dauer, mit der die Schaltkreise Daten speichern können.

Die Forscher haben nun eine Technik entwickelt und getestet, die die ungepaarten Elektronen vorübergehend aus dem Schaltkreis entfernen kann: Mit Hilfe von Mikrowellenpulsen werden sie tatsächlich „abgepumpt“. Die Lebensdauer der Qubits verdreifacht sich dadurch.

„Die Technik kann grundsätzlich sofort für alle supraleitenden Qubits genutzt werden“, erläutert Catelani, der als theoretischer Physiker zur Analyse und Interpretation der experimentellen Daten beigetragen hat. Der Forscher unterstreicht, dass die Lebensdauer der Qubits jedoch nur eine von vielen Hürden bei der Entwicklung komplexer Quantencomputer ist.

Auch werden die Quasipartikel durch die neue Technik nicht dauerhaft entfernt, sondern fließen immer wieder zurück. Dafür haben die Forscher aber bereits eine Lösung parat: Das Abpumpen könnte mit einer Methode kombiniert werden, die die Quasipartikel dauerhaft einfängt. Eine solche „Falle“ für Quasipartikel hatte Catelani gemeinsam mit Kollegen aus Jülich und Yale bereits analysiert und getestet und die Ergebnisse im September in der Fachzeitschrift Physical Review B vorgestellt (DOI: 10.1103/PhysRevB.94.104516).

Originalveröffentlichung:
Suppressing relaxation in superconducting qubits by quasiparticle pumping;
Simon Gustavsson et al.;
Science (to be published online on 8. Dec. 2016), DOI: 10.1126/science.aah5844 (online verfügbar ab 20:00 MEZ).

Ansprechpartner:
Dr. Gianluigi Catelani,
Peter Grünberg Institut, Theoretische Nanoelektronik (PGI-2),
Forschungszentrum Jülich,
Tel. 02461 61-9360
E-Mail: g.catelani@fz-juelich.de

Pressekontakt:
Angela Wenzik, Wissenschaftsjournalistin,
Forschungszentrum Jülich,
Tel. 02461 61-6048,
E-Mail: a.wenzik@fz-juelich.de

http://www.fz-juelich.de Forschungszentrum Jülich
http://www.fz-juelich.de/pgi/pgi-2/DE/Home/ Forschung am Peter Grünberg Institut, Theoretische Nanoelektronik (PGI-2)
http://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/DE/2014/14-04-17quantu… Pressemitteilung vom 17.4.2014 „Auf dem Weg zum Quantencomputer: 50 Jahre alte Vorhersage zur verlustfreien Datenverarbeitung bestätigt“

Media Contact

Dipl.-Biol. Annette Stettien Forschungszentrum Jülich

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie

Von grundlegenden Gesetzen der Natur, ihre elementaren Bausteine und deren Wechselwirkungen, den Eigenschaften und dem Verhalten von Materie über Felder in Raum und Zeit bis hin zur Struktur von Raum und Zeit selbst.

Der innovations report bietet Ihnen hierzu interessante Berichte und Artikel, unter anderem zu den Teilbereichen: Astrophysik, Lasertechnologie, Kernphysik, Quantenphysik, Nanotechnologie, Teilchenphysik, Festkörperphysik, Mars, Venus, und Hubble.

Zurück zur Startseite

Kommentare (0)

Schreiben Sie einen Kommentar

Neueste Beiträge

Graphen-Forschung: Zahlreiche Produkte, keine akuten Gefahren

«Graphene Flagship» nach zehn Jahren erfolgreich abgeschlossen. Die grösste je auf die Beine gestellte EU-Forschungsinitiative ist erfolgreich zu Ende gegangen: Ende letzten Jahres wurde das «Graphene Flagship» offiziell abgeschlossen. Daran…

Wie Bremsen im Gehirn gelockert werden können

Forschende lokalisieren gestörte Nervenbahnen mithilfe der tiefen Hirnstimulation. Funktionieren bestimmte Verbindungen im Gehirn nicht richtig, können Erkrankungen wie Parkinson, Dystonie, Zwangsstörung oder Tourette die Folge sein. Eine gezielte Stimulation von…

Wärmewende auf der GeoTHERM erleben

Als Innovationspartner in Sachen Wärmewende für Industrie und Kommunen stellt sich das Fraunhofer IEG auf der internationalen Fachmesse GeoTHERM vor. Auf seiner Ausstellungsfläche in Offenburg stellt es ab dem 29….

Partner & Förderer