Der Einsatz von supraleitenden Schaltkreisen zur Speicherung von Quanteninformationen

Die eingebauten Schaltkreiskomponenten von klassischen Computern erreichen schnell das so genannte „Quantenlimit“, über welches hinaus das aktuelle Konzept der Geräte nicht funktioniert. Anstatt quantenmechanische Effekte zu umgehen, haben Entwickler die Möglichkeit, diese bei dem Entwurf der Geräte auszunutzen und somit größere Rechenkapazitäten zu erzielen. Die Quantenzustände könnten es logischen Geräten erlauben, gleichzeitig viele mögliche Variationen an Werten zu beherrschen. Bei herkömmlichen Methoden bringt dies den großen Vorteil, Informationen darzustellen, die zu einer bestimmten Zeit auf einen einzigen logischen Wert beschränkt sind.

Im Rahmen des SQUBIT-Projekts wurde ein neues supraleitendes Qubit-System geplant. Dieses basiert auf Veränderungen einzelner Stufen des gebundenen Andreev-Zustands, die in einem atomgroßen Quantenpunktkontakt (QPC – Quantum Point Contact) gebildet werden. Ein Wechsel zwischen den zwei beständigen Ist-Zuständen im supraleitenden Quanteninterferenzgerät für Radiofrequenzen (rf-SQUID), in das der QPC eingebettet wurde, konnte durch die Einstellung der Zeitentwicklung der Andreev-Stufen erzielt werden.

Die Forschungsarbeit an der Chalmers University of Technology konzentrierte sich auf theoretische Aspekte der Quantendynamik dieser supraleitenden Qubits (SQUBIT), die sich von den makroskopischen Fluss-Qubits in mehreren wichtigen Punkten unterscheiden. Zur Ableitung eines effektiven Hamiltonschen Quantums, das gekoppelte Andreev-Stufen und inhärente elektromagnetische Schwankungen beschreiben könnte, wurde ein Wegintegral als Ansatz benutzt, das allgemein in der Theorie über die makroskopische Quantenkohärenz (MQC – Maroscopic Quantum Coherence) verwendet wird.

Die ersten wesentlichen Schritte bei der Entwicklung von gekoppelten Qubits in dem Josephson-Tunnelübergang mit regulierbaren makroskopischen Eigenschaften und einer langen Kohärenzzeit, um die SQUBIT-Schaltkreise für die Quantendynamik zu testen, wurden bereits gemacht. Sie stellen wahrscheinlich den realistischsten Ansatz für die Technologie der skalierbaren Quanteninformationsprozessoren dar.