Auf dem Weg zu Quantencomputern
Im aufkommenden Bereich der Quanteninformationsverarbeitung stellen supraleitende Geräte viel versprechende Kandidaten für die Implementierung von Quantenbits (Qubits) dar. Diese sind zwar von makroskopischer Größe, verfügen jedoch über generische Quanteneigenschaften wie quantisierte Energieniveaus und Superposition von Energiezuständen, die in der Regel mit Atomen in Verbindung gebracht werden. Aus diesem Grund könnten supraleitende Qubits eines Tages der Grundbaustein für Quantencomputer sein. Hierfür muss jedoch eine Technologie entwickelt werden, die die erforderliche Steuerungsgenauigkeit für Zwei-Niveau-Quantensysteme mit der Möglichkeit zur Serienfertigung vereint. Weiterhin müssen in den Zuständen tausender interaktiver Qubits enthaltene Quanteninformationen manipuliert werden, damit ein Quantencomputer sein volles Potential ausschöpfen kann. Die SQUBIT-2-Projektpartner an der Delft University of Technology in den Niederlanden haben wichtige Fortschritte in diesem Bereich erzielt. Die Forscher haben sich auf standardmäßige Flux-Qubits konzentriert, die durch Verbindung von Josephson-Kontakten mit supraleitenden Leitern zu einem geschlossenen Schaltkreis gewonnen wurden. Wird ein Magnetfeld im rechten Winkel zu dem geschlossenen Schaltkreis angelegt, bilden sich zwei Quanten-Superpositionszustände, da der Strom in zwei unterschiedliche Richtungen läuft. Messungen der ausgesendeten Mikrowellenstrahlung mit einem supraleitenden Quanteninterferenzgerät (Superconducting Quantum Interference Device, SQUID) haben die symmetrischen und asymmetrischen Superpositionszustände gezeigt. Die Experimente haben die ersten spektroskopischen Messungen zwei gekoppelter Flux-Qubits sowie eine Möglichkeit zur Messung der Dauer geliefert, die das System kohärent ist. Wichtigstes Merkmal ist jedoch die Anzahl der Quantenoperationen, die vor Verschwinden der Quantenkohärenz durchgeführt werden können. Da jeder Impuls zur Manipulation der Flux-Qubits bis zu einer Nanosekunde kurz sein kann, sollte es möglich sein, hunderte Operation auszuführen, deutlich weniger, als für einen Quantencomputer erforderlich. Der Bedarf an besseren Lösungen für die Kopplung von zwei Qubits aneinander sowie an deren Umgebung wurde deutlich gemacht. Die Anstrengungen haben bereits zu besseren Fertigungstechniken geführt, um Defekte in den Kontaktgrenzen zu verringern und die Dekohärenzzeit zu erhöhen. Es wird sich zeigen, ob supraleitende Qubits exakt angesteuert werden können, und ob Quantencomputer mit supraleitenden Qubits erfolgreich auf einen größeren Maßstab gebracht werden können.
