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Wirbelfallen für Stabilere Qubits


20. Januar 2015

Forscher aus Jülich und Yale haben einen Weg gefunden, Quanten-Bits oder kurz „Qubits“, stabiler zu machen. Qubits speichern und verarbeiten Informationen in Quantencomputern, die beim Lösen bestimmter Aufgaben einmal eine deutlich höhere Rechengeschwindigkeit erzielen sollen als herkömmliche Digitalrechner.

Vortex TrapsDie Abbildung zeigt oben ein Qubit und rechts unten eine Vergrößerung der zentralen Komponente, eines Josephson-Kontakts. Die Grafik stellt das vereinfachte Modell dar, das für die Berechnungen genutzt wurde.
Copyright: Forschungszentrum Jülich/Yale University


Die in Yale untersuchten Qubits bestehen aus supraleitenden Schaltkreisen. Supraleitende Materialien werden bereits in vielen Geräten eingesetzt, etwa zum Bau ultrastarker Elektromagnete in Magnetresonanztomografen und Teilchenbeschleunigern. Für den Bau von Qubits sind sie interessant, weil sie nahezu verlustfrei arbeiten. Der Verlust von Energie macht Qubits instabil – sie verlieren die gespeicherte Information. Für den Energieverlust sind so genannte Quasipartikel verantwortlich, kollektive Anregungen mehrerer Teilchen, die sich in einigen Eigenschaften ihrerseits wie Teilchen verhalten.

Die Forscher fanden nun heraus, dass sich die Quasipartikel in magnetischen Wirbelfeldern einfangen lassen. Magnetische Felder werden von Supraleitern normalerweise verdrängt, aber in Form von Wirbeln können sie in das Material eindringen. Die Magnetwirbel fangen die Quasiteilchen ein, ähnlich wie ein auf der Oberfläche von Wasser treibendes Blatt in einen Wasserstrudel gesaugt wird. Die Qubits werden dadurch stabiler. Dass dies funktionieren könnte, war bereits vermutet worden; die Forscher in Yale lieferten nun den experimentellen Beweis. Gemeinsam mit ihnen entwickelte Dr. Gianluigi Catelani vom Jülicher Peter Grünberg Institut ein detailliertes theoretisches Modell des untersuchten Qubits, das für die quantitative Analyse der gewonnen Daten benötigt wurde.


Originalveröffentlichung:

C. Wang et al.; Measurement and control of quasiparticle dynamics in a superconducting qubit
Nature communications (online veröffentlicht am 18.12.2014),
DOI: 10.1038/ncomms6836


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