Quanten-Ticker

Yin-und-Yang-Qubits harmonieren perfekt miteinander

Einem internationalen Team unter Beteiligung von Jülicher Forschenden ist es gelungen, zwei Qubits auf vollkommene Weise miteinander zu verschränken. Diese Verschränkung ist notwendig, damit die beiden Informationsträger überhaupt miteinander interagieren können. Üblicherweise werden die Qubits dabei aber stets von einer parasitären Wechselwirkung behindert, die auf gegenseitiger Abstoßung beruht. Beim Rechnen kommt es dadurch zu Fehlern. Die Wissenschaftler haben nun zwei komplementäre Arten von supraleitenden Qubits aneinander gekoppelt: Die beiden unterschieden sich im Vorzeichen der sogenannten Anharmonizität. Dadurch kam es nicht zur gegenseitigen Abstoßung. Wie im fernöstlichen Yin-und-Yang-Symbol glichen sich die beiden entgegengesetzten Eigenschaften aus. Für den winzigen Quantenschaltkreis konnten die Forscher zeigen, dass sich die Genauigkeit der Rechenoperation auf diese Weise deutlich verbessern ließ.

Ionenfallen und Supercomputer rechnen gemeinsam

Auch zum Verbundprojekt IQuAn leistet das Forschungszentrum einen Beitrag. Im Mittelpunkt stehen Quantencomputer, die mit Ionen in Fallen arbeiten. Ihr Vorteil: Sie bewahren ihren Quantenzustand relativ lange. Im IQuAn-Projekt werden neuartige Architekturen für solche Systeme erprobt, die bis zu 100 Qubits miteinander rechnen lassen. Geplant ist ein hybrides System, bei dem ein Quantenprozessor an einen Hochleistungsrechner angebunden wird.

Präzise Kontrolle verbessert Qubit-Qualität

Quantenprozessoren mit supraleitenden Qubits grundlegend zu verbessern, dieses Ziel hat sich das Projekt GeQCoS auf die Fahnen geschrieben. Das zentrale Bauelement soll aus nur wenigen Rechenzellen bestehen, die aber stärker miteinander verbunden werden als in bisherigen Modellen. Besonderer Wert wird dabei auf eine Verbesserung der Qualität der Qubits gelegt. Jülicher Forschende steuern unter anderem Methoden für die präzise Kontrolle der Qubits zu GeQCoS bei.

Ein Gyrator sorgt für QuantenBalance

Forschende aus Jülich, Aachen, Basel und Delft haben einen Quantenschaltkreis mit eingebauter, passiver Fehlerkorrektur entworfen. Er basiert auf Qubits in supraleitenden Schleifen. Üblicherweise müssen Fehler hier durch aktives Eingreifen korrigiert werden: Mehrere instabile Qubits werden dabei zu einem logischen Qubit kombiniert. Dadurch wird es möglich, Fehler zu erkennen und durch eine korrigierende Operation zu beseitigen. Im neuartigen Schaltkreis macht ein sogenannter Gyrator dieses Eingreifen überflüssig. Das elektrische Bauelement besitzt zwei Anschlüsse und koppelt Strom an dem einen Anschluss mit Spannung an dem anderen. Er wird zwischen zwei supra­leitende Qubit-Schleifen geschaltet und stabilisiert die gespeicherte Information. Dieses Prinzip könnte in Zukunft den Bau eines Quantencomputers mit einer großen Zahl von Qubits erheblich vereinfachen.