Magnetfelder schützen Silizium-Qubits vor Störungen

Die Halbleiter-Qubits lassen sich immerhin mit einem ganzen Kelvin betreiben, also 1.000 Millikelvin. Japanische Forscher berichten gar von höheren Temperaturen, wenn auch mit weiteren Einschränkungen in der Zuverlässigkeit. In der Welt der Quantencomputer sind das also richtig heiße Teile. Horse Ridge muss somit zwar immer noch von den Qubits isoliert werden, kann aber direkt im tiefgekühlten Bereich des Computers verbaut werden. Der Grund für die hohen Betriebstemperaturen liegt in der Physik der Silizium-Qubits.

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Die in elektrischen Feldern gefangenen Elektronen können mit Hilfe von Magnetfeldern in einen geschützten Zustand überführt werden, in dem sie nicht mehr direkt von einem Spin-Zustand in den anderen wechseln können. Das Magnetfeld sorgt durch den sogenannten Zeeman-Effekt dafür, dass der Wechsel von einem Spin-Zustand in den anderen zusätzlich mit einem Übergang in ein anderes Energieniveau verbunden ist, bei dem der Spin-Zustand aber zunächst noch gleich bleibt.

Erst wenn der Spin-Zustand gezielt verändert werden soll, kann das Magnetfeld abgeschaltet, und die Qubits können zu diesem Zweck aus dem geschützten Zustand herausgenommen werden. Solange sich die Qubits in dem geschützten Zustand befinden, können ihnen die Störungen durch höhere Betriebstemperaturen weniger anhaben.

Zum Schutz vor Störungen der Qubits kommt nur reines Silizium-28 zum Einsatz. Denn auch der Atomkern von Silizium-29 hat einen halbzahligen Spin, genauso wie ein Elektron. Diese Atomkerne könnten direkt mit den Quantenzuständen der Elektronen interagieren und damit die Berechnungen des Quantencomputers stören. Ähnlich wie bei der Anreicherung von Uran für Kernreaktoren muss deshalb der störende Isotopenanteil von 4,7 Prozent Silizium-29 aus natürlichem Silizium vor der Herstellung entfernt werden.

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Die Steuerelektronik im Horse-Ridge-Chip kann dagegen mit normalem Silizium hergestellt werden, deutet aber bereits die großen Ambitionen Intels bei der Entwicklung von Quantencomputern an. Dazu passt es auch, dass Intel-Chef Bob Swan kürzlich ankündigte, Intel werde sich künftig mehr auf die Entwicklung spezialisierter Chips konzentrieren statt auf die Erhaltung des Marktanteils von 90 Prozent auf dem x86-CPU-Markt.

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 Quantencomputer: Intel entwickelt coolen Chip für heiße Quantenbits
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