Forschung am Rechner der Zukunft Neues Material für Quantencomputer

Das Fluxonium-Qubit mit granularem Aluminium kann sich bis zu 30 µs in einem Zustand zwischen »0« und »1« befinden.
Das Fluxonium-Qubit mit granularem Aluminium kann sich bis zu 30 µs in einem Zustand zwischen »0« und »1« befinden.

Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) wollen den Computer der Zukunft weiterentwickeln. Dazu braucht es supraleitende Materialien. Ein solches Material wurde nun entdeckt.

Klassische Computer führen nur einen Rechenschritt nach dem anderen aus. Quantencomputer hingegen arbeiten sehr schnell und können mehrere Rechenschritte gleichzeitig durchführen. Als Informationsträger dienen sogenannte »Qubits«. Sie verfügen nicht nur über die binären Werte »1« und »0« einer klassischen Rechnerarchitektur, sondern auch über Werte dazwischen. Das wird durch die quantenmechanische Überlagerung von Zuständen realisiert, Superpositionsprinzip genannt. Es ist allerdings schwer, einen solchen Zustand aufrechtzuerhalten. Nun haben Forscher am KIT ein Material für Quantenschaltungen eingesetzt, das solche Werte länger aufrechterhält, als bisher eingesetzte Materialien: granulares Aluminium, kurz grAl.

Granulares Aluminium als Supraleiter

Granulares Aluminium ist ein Supraleiter. Das sind Materialien, die bei extrem niedrigen Temperaturen keinen elektrischen Widerstand aufweisen und darum elektrischen Strom ohne Verluste leiten. Mit dem neuen Material versprechen sich die Wissenschaftler, Quantenkalkulationen ausführen zu können. Bisher stellte das eine große Herausforderung dar. Das supraleitende Material ist entscheidend, um den Quantenzustand der Bits aufrechtzuerhalten und sie miteinander zu verbinden. Unternehmen wie IBM, Intel oder Microsoft arbeiten bereits daran, supraleitende Quantenprozessoren hoch zu skalieren.

Hohe Kohärenzzeit

Die Schwierigkeit, Quantenzustände aufrechtzuerhalten liegt in der Wechselwirkung mit der Umgebung, die zum Zerfall des Zustandes führen können, der Kohärenz. Je mehr Qubits verwendet werden, desto schwieriger ist es, die Kohärenz zu bewahren. Granulares Aluminium als Supraleiter, von den Forschern als Fluxonium-Qubit bezeichnet, besitzt eine Kohärenzzeit von 30 µs. In dieser Zeit lassen sich mehr als tausend logische Operationen durchführen. Das kann die Leistungsgrenze von bisherigen Quantencomputern erhöhen, erklären die Forscher.