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Auf der Suche nach dem Super-Qubit
Am Forschungszentrum Jülich entsteht die zentrale Infrastruktur der Helmholtz-Gemeinschaft für Quantencomputing: das Helmholtz Quantum Center (HQC). Der nationale Forschungsschwerpunkt deckt das gesamte Spektrum des Quantencomputings ab – von der Erforschung von Quantenmaterialien bis zur Prototypenentwicklung und deren Anwendung. Das HQC ist eng mit dem Jülich Supercomputing Centre verbunden. Die Helmholtz-Gemeinschaft fördert das Projekt mit knapp 50 Millionen Euro.
„Unser Ziel ist es, mit dem HQC eine Art Linux des Quantencomputings zu katalysieren.“
Prof. Stefan Tautz, Peter Grünberg Institut
Das HQC soll insbesondere verschiedene Arten von Qubits, dem Quantencomputer-Äquivalent klassischer Computerbits, erforschen. „Jede Art hat ihre eigenen Vor- und Nachteile. Es ist noch völlig offen, welches Konzept sich am Ende durchsetzen wird“, erklärt Prof. Stefan Tautz vom Peter Grünberg Institut (PGI-3), der die Wissenschaftler während der Aufbauphase des HQC vertritt.
Das HQC wird eng mit dem Quantum Flagship der EU zusammenarbeiten, in dem verschiedene Jülicher Experten mitwirken. Im Flagship-Projekt OpenSuperQ untersuchen beispielsweise Jülicher Wissenschaftler zusammen mit europäischen Partnern supraleitende Qubits. Ein neues Jülicher Forscherteam um Prof. Pavel Bushev testet bereits kleine Prototypen supraleitender Quantencomputer-Chips, die schwedische Partner des OpenSuperQ-Projekts entwickelt haben. Eine alternative Plattform, atomare Qubits in optischen Fallen, entwickeln Jülicher Wissenschaftler und ihre Partner im Flagship-Projekt PASQuanS.
Stefan Tautz sucht nach Möglichkeiten, neue Materialien für Quantencomputer Atom für Atom zusammenzusetzen. Ein neuer Kandidat
Qubits, die aus supraleitenden Schaltkreisen bestehen, benötigen es bitterkalt: ungefähr -273 Grad Celsius, das entspricht fast 0 Grad Kelvin. Um solche Temperaturen zu erreichen, sind aufwendige und teure Kühlsysteme notwendig. Forscher aus Jülich, Münster und Moskau fanden heraus, dass sich supraleitende Qubits möglicherweise nicht nur aus den üblichen Niedrigtemperatursupraleitern herstellen lassen, sondern auch aus Hochtemperatursupraleitern. Bei Experimenten mit Nanodrähten aus dem Hochtemperatursupraleiter Yttrium-Barium-Kupferoxid traten bereits bei 12 bis 13 Kelvin Quanteneffekte auf. Um solche Temperaturen von -260 bis -261 Grad Celsius zu erreichen, reicht eine deutlich kleinere und billigere Kühltechnik aus. Die Forscher um Prof. Rafal Dunin-Borkowski vom Jülicher Ernst Ruska-Centrum für Mikroskopie und Spektroskopie mit Elektronen vermuten, dass mit Hochtemperatursupraleitern sogar die Zahl der Qubits auf einem Chip und die Rechengeschwindigkeit gesteigert werden könnten.
Mehr zum Thema Quantencomputing auf fz-juelich.de und in der effzett 3/18.
Bilder: Forschungszentrum Jülich/Sascha Kreklau, Everett Historical/shutterstock.com