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Walter Schottky-Preis

Supraleitende Dioden für Quantencomputer

12. Dezember 2023, 7:25 Uhr | Heinz Arnold

Dr. Nicola Paradiso gewinnt den Walter Schottky-Preis 2024 für die experimentelle Entdeckung und Charakterisierung von gleichgerichteten Supraströmen in Josephson-Kontakten und seine grundlegenden Arbeiten zum Josephson-Dioden-Effekt.

Für seine Entdeckung der supraleitenden Dioden, die neue Perspektiven eröffnet, beispielsweise für die supraleitende Quantenelektronik, zeichnet die DPG Dr. Nicola Paradiso mit dem den Walter Schottky-Preis 2024 aus.

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Supraleitende Dioden spielen eine wichtige Rolle in Josephson-Kontakten, eine der Technologie-Plattformen für Quantencomputer. » Dr. Nicola Paradisos experimentelle Entdeckung und Charakterisierung von gleichgerichteten Supraströmen in Josephson-Kontakten und seine grundlegenden Arbeiten zum Josephson-Dioden-Effekt eröffnen neue Perspektiven für die supraleitende Quantenelektronik«, heißt es in der Laudatio der DPG.

Die Diode war das Schlüsselelement des ersten Transistors und ist immer noch ein grundlegendes Bauelement der Elektronik. Denn eine Diode lässt den elektrischen Strom nur in eine Richtung fließen und behindert ihn in die entgegengesetzte Richtung.

Das Gleiche mit einem Supraleiter zu tun, ist schwieriger, weil für (Supra)-Ströme die Zeitumkehrsymmetrie die Äquivalenz des Stromflusses in beiden Richtungen garantiert. Eine lokale Aufhebung der Zeitumkehrsymmetrie erfordert die Anwendung von Magnetfeldern auf Supraleiter mit besonderen Eigenschaften.

Bei der Arbeit an Halbleiter-Supraleiter-Strukturen, die an der Purdue University hergestellt wurden, haben Dr. Paradiso und seine Mitarbeitenden erstmals den supraleitenden Diodeneffekt in Josephson-Verbindungen demonstriert, zusammen mit anderen eng verwandten Phänomenen.

Supraleitende Dioden sind hauptsächlich aus zwei Gründen interessant. Langfristig könnten sie zu Schlüsselelementen in zukünftiger energieeffizienter, verlustfreier Supraleiter-basierter Elektronik werden. Kurzfristig könnten sie eine Rolle in Quantencomputern spielen.

Supraleiter sind bisher eine vielversprechende Technologie, um Quantencomputer zu realisieren, wie beispielsweise der Sycamore von Google zeigt. In den Schaltkreisen der supraleitenden Quantenprozessoren könnten supraleitende Dioden eine wichtige Rolle spielen. Tatsächlich gibt es bereits mehrere theoretische Vorschläge, die kürzlich entdeckten supraleitenden Dioden in aktuelle Quantencomputer zu integrieren.

»Dr. Paradiso war eine treibende Kraft hinter unseren Experimenten und hat neben der Arbeit im Labor auch die Interpretation und Modellierung der Messdaten wesentlich vorangebracht. Darüber hinaus hat er wesentliche Beiträge zur Entwicklung der Technologie geleistet, die die preisgekrönten Arbeiten ermöglicht hat«, erklärt Prof. Dr. Christoph Strunk, Lehrstuhl für Experimentelle und Angewandte Physik der Universität Regensburg.

Mit Dr. Paradiso erhält der zweite Regensburger Forscher in Folge (und der dritte in den vergangenen vier Jahren) den renommierten Preis der Deutschen Physikalischen Gemeinschaft, nachdem er im vergangenen Jahr an Dr. Kai-Qiang Lin aus der Forschungsgruppe von Prof. Dr. John Lupton und im Jahr 2021 an Dr. Andreas Hüttel vergeben wurde. Die Auszeichnung wird im März 2024 während der DPG-Jahrestagung in Berlin verliehen.