Supraleitende Qubits

Das nun vorgestellte System der Wissenschaftler aus Aalto hat nur einen Resonator-"Dummy" anstelle eines richtigen Qubits. Aber es sollte kein grundsätzliches Problem darin bestehen, ein oder auch mehrere Qubits an diese Kühlvorrichtung zu koppeln.

Der Resonator stellt dabei ein wichtiges Testobjekt für sogenannte supraleitende Qubits dar, die einen wichtigen Technologiepfad für Quantencomputer darstellen. Zurzeit ist noch nicht klar, welche von mehreren möglichen Optionen der beste Weg zum Quantencomputer der Zukunft ist. Jede hat Vor- und Nachteile. So nutzen auf einzelnen Atomen oder Ionen basierende Qubits optische oder infrarote Photonen, weshalb sie deutlich weniger anfällig für äußere Störungen sind als die mit Mikrowellen arbeitenden supraleitenden Qubits.

Qubits werden in wenigen Nanosekunden gekühlt

Derzeit gehen viele Forscher aber davon aus, dass sich supraleitende Qubits am besten eignen, um viele von ihnen zu einem größeren Rechenverbund zusammenzuschließen. Das neue Kühlsystem könnte hier zu einem Geschwindigkeitssprung führen. Denn wenn ein Quantencomputer Berechnungen im Zeitraum von Millisekunden durchführen kann, sollte auch die Kühlung nach Möglichkeit in diesem Bereich funktionieren und die Rechenzeit nicht unnötig verlangsamen. "Unser Kühlsystem sollte zumindest theoretisch die Qubits innerhalb einiger Dutzend Nanosekunden wieder herunterkühlen können", sagt Möttönen. Noch arbeitet das System nicht ganz so schnell. Die Wissenschaftler sind aber bereits dabei, die Parameter zu optimieren.

Da Qubits so empfindlich sind, darf die Kühlung deren Zustände auch nicht beeinflussen. "Wir haben lange gebraucht, um die Tunnelkontakte so mit dem Resonator zu verbinden, dass dessen Resonanzen nicht gestört werden und keine zusätzlichen Störmoden auftreten", sagt Möttönen. Die richtige Konfiguration ergab sich schließlich nach fünfjährigen Versuchen, die insbesondere der Postdoktorand Kuan Yen Tan durchgeführt hatte. Die Kühlung lässt sich auch einfach abschalten, indem man die Spannung auf null setzt.

Ob sich diese Lösung für künftige Quantencomputer durchsetzen wird, lässt sich derzeit noch nicht sagen. Die Forscher haben zur Sicherheit bereits ein Patent eingereicht. Aber auch dann, wenn sich andere Verfahren als geeigneter erweisen, ließe sich ein solcher Quanten-Schaltkreis-Kühler in der Grundlagenforschung einsetzen - um etwa die Dynamik von Quantensystemen zu studieren. Erkenntnisse solcher Studien könnten wiederum in den Bau von Quantencomputern einfließen.