Moskau (ots\/PRNewswire) – Vorstellung eines universellen Designs f\u00fcr supraleitende Qubits. Eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern aus Russland, Gro\u00dfbritannien und Deutschland hat ein alternatives Qubit-Design pr\u00e4sentiert, mit dem ein Quantencomputer gebaut werden kann. Nanodr\u00e4hte 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 Gro\u00dfbritannien sowie des Karlsruher Instituts f\u00fcr Technologie und des IPHT Jena in Deutschland, sowie Beitr\u00e4gen von MIPT und Skoltech (Russland), ist es gelungen, ein grundlegend neues Qubit zu schaffen, das nicht auf dem Josephson-\u00dcbergang basiert, der L\u00fccken im Supraleiter hat, sondern auf einem kontinuierlich supraleitenden Nanodraht. Die Forschungsarbeit wurde in Nature Physics (https:\/\/www.nature.com\/articles\/s41567-018-0097-9) ver\u00f6ffentlicht. Wissenschaftler rechnen damit, dass Quantencomputer Meilensteine erreichen werden. Der universelle Quantencomputer wurde zwar noch nicht entwickelt, aber Wissenschaftler k\u00f6nnen mit Hilfe von Qubits bereits chemische Verbindungen und Materialien entwerfen. Das Berechnungsprinzip erlaubt es auf seiner Basis sogar, bereits heute komplexe Probleme zu l\u00f6sen. 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 Ans\u00e4tze 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-\u00dcberg\u00e4ngen basieren. Jeder dieser \u00dcberg\u00e4nge 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 L\u00f6sen und Wiederherstellen der Supraleitung in ultrad\u00fcnnen (ca. 4 nm) Nanodr\u00e4hten, die im Normalzustand einen relativ gro\u00dfen 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 (Gro\u00dfbritannien), war der erste, der diesen Effekt, der zuvor theoretisiert worden war, experimentell beobachtete. Seine Pionierarbeit wurde 2012 in Nature ver\u00f6ffentlicht. Professor Ustinov, einer der Forscher des Projekts, Leiter der Forschungsgruppe RQC, Leiter des Labors f\u00fcr supraleitende Metamaterialien am NUST MISIS und Professor am Karlsruher Institut f\u00fcr Technologie (Deutschland), weist darauf hin, dass es Forschern gelungen ist, eine neue Art von supraleitenden Bauelementen zu entwickeln, die in vielerlei Hinsicht SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) \u00e4hnlich ist, einem hochempfindlichen Magnetometer, das auf Josephson-\u00dcberg\u00e4ngen basiert. Die St\u00f6rung in dem neuen Ger\u00e4t wird durch ein elektrisches Feld (anstelle eines Magnetfeldes) verursacht, das die elektrische Ladung auf der Insel zwischen den beiden Nanodr\u00e4hten ver\u00e4ndert. Diese Dr\u00e4hte f\u00fcllen die Rolle der Josephson-Kontakte, und – was noch besser ist – sie erfordern keine Unterbrechung und k\u00f6nnen aus einer einzigen Schicht eines Supraleiters hergestellt werden. Laut Professor Ustinov konnte das internationale Team w\u00e4hrend der Forschung zeigen, dass dieses System als Ladeinterferometer funktionieren kann. „Wenn [wir] den Draht in zwei Abschnitte teilen und eine Verdickung in der Mitte machen, dann k\u00f6nnen wir durch \u00c4nderung der Ladung dieser Verdickung mit dem Shutter eine periodische Modulation im Prozess des Tunneleffekts von magnetischen Quanten durch den Draht erzielen. Dies wird tats\u00e4chlich beobachtet.“ Der Nachweis, dass der Effekt kontrollierbar und koh\u00e4rent ist, ist ein wichtiger Punkt, und ebenso, dass mithilfe des Prozesses eine neue Generation von Qubits erstellt werden kann. SQUID-Technologien finden bereits Anwendung in verschiedenen medizinischen Scannern wie der Magnetokardiographie und der Magnetoenzephalographie sowie in Ger\u00e4ten, die die Kernspinresonanz erfassen, und au\u00dferdem in geophysikalischen und pal\u00e4ogeologischen Methoden zur Erforschung der Erdoberfl\u00e4che. Genau deshalb k\u00f6nnen fortschrittliche SQUID-Ladungen nicht nur in der Welt der Quantencomputer, sondern auch in der Gesellschaft selbst gravierende Ver\u00e4nderungen bewirken. F\u00fcr Professor Ustinov ist klar, dass Wissenschaftler im Zusammenhang mit der Erforschung neuer Qubits viele grundlegende Aufgaben zu bew\u00e4ltigen haben. Offensichtlich ist jedoch – da wir gerade beim Thema Qubits sind -, dass ihre Funktionalit\u00e4t gleichwertig, wenn nicht sogar besser als moderne Entsprechungen ist, sie aber viel einfacher herzustellen sind. „Die wichtigste Frage ist, ob die gesamte Palette der Bestandteile der supraleitenden Elektronik auf diesem Prinzip aufgebaut werden kann. Gearbeitet wird dabei mit einem elektrischen Messger\u00e4t, das die Ladung auf der Insel des Supraleiters ermittelt. Die Fehlertoleranz ist dabei tausendmal kleiner als bei einer Elektronenladung. Wir k\u00f6nnen dies mit h\u00f6chster Pr\u00e4zision steuern, da diese Ladung nicht quantisiert, sondern induziert wird. Meine Forschungsgruppe in Karlsruhe untersucht derzeit Qubits nach dem Prinzip des Phasenschlupfes. Die Koh\u00e4renzzeiten, die wir daf\u00fcr erhalten, sind \u00fcberraschend hoch. Bisher sind sie nicht gr\u00f6\u00dfer als bei herk\u00f6mmlichen Qubits, aber wir haben gerade erst mit der Arbeit an [dem Projekt] begonnen, und die Chancen stehen gut, dass sie gr\u00f6\u00dfer werden. Ein weiteres wichtiges Problem sind beispielsweise Defekte in Qubits, f\u00fcr das wir k\u00fcrzlich einen Zuschuss von Google erhalten haben. Diese Defekte treten in der dielektrischen Tunnelbarriere des Josephson-\u00dcbergangs auf. Defekte entstehen dadurch, dass in diesem Bereich gro\u00dfe elektrische Felder vorhanden sind und die gesamte Spannung auf einer Skala von nur 2 nm liegt. Stellen wir uns nun vor, dass der gleiche Fall in einem homogenen Draht auftritt, und wir nicht genau wissen, wo in der homogenen „Unsch\u00e4rfe“ im gesamten Supraleiter [er auftritt]. Die Felder, die hier entstehen, w\u00e4ren dann viel kleiner. Dies bedeutet, dass die Defekte in Qubit-Materialien h\u00f6chstwahrscheinlich nicht auftreten werden und dass wir in der Lage sein werden, Qubits mit einer h\u00f6heren Koh\u00e4renzzeit zu erhalten. Dies wird dazu beitragen, eines der Hauptprobleme von Qubits zu bew\u00e4ltigen – ihre kurze Quanten-„Lebenszeit“, erkl\u00e4rt Professor Ustinov. Quelle: http:\/\/en.misis.ru\/university\/news\/science\/2018-04\/5318\/ Pressekontakt: Dina Moiseeva d.moiseeva@misis.ru +7-903-363-0573 Original-Content von: The National University of Science and Technology MISiS, \u00fcbermittelt durch news aktuell<\/p>\n