SANTA BARBARA / MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Ein bedeutender Fortschritt in der Quantencomputing-Technologie wurde von einem Microsoft-Team unter der Leitung von Physikern der UC Santa Barbara erzielt. Sie präsentierten einen acht-Qubit-topologischen Quantenprozessor, der als erster seiner Art gilt und den Weg für die Entwicklung des lang ersehnten topologischen Quantencomputers ebnet.
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Die Enthüllung des neuen Quantenprozessors fand auf der jährlichen Konferenz von Station Q in Santa Barbara statt und wurde von einer Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Nature begleitet. Diese beschreibt die Messungen der neuen Qubits, die von Station Q, ihren Microsoft-Partnern und zahlreichen Kollaborateuren durchgeführt wurden. Laut Chetan Nayak, Direktor von Microsoft Station Q und Professor für Physik an der UCSB, handelt es sich bei dem Prozessor um einen bedeutenden Meilenstein in der Quantenforschung.
Ein zentrales Element des Fortschritts ist die Schaffung eines neuen Materiezustands, eines topologischen Supraleiters, der exotische Grenzen namens Majorana-Zero-Moden (MZM) beherbergt. Diese sind besonders nützlich für das Quantencomputing, da sie eine robustere und stabilere Plattform bieten. Die Forscher haben ihre Geräte rigoros simuliert und getestet, wobei die Ergebnisse mit der Beobachtung solcher Zustände übereinstimmen.
Das Versprechen des Quantencomputings liegt in seiner Fähigkeit, Berechnungen schneller und leistungsfähiger durchzuführen als selbst die fortschrittlichsten klassischen Supercomputer. Während klassische Bits nur in einem Zustand von Null oder Eins existieren, können Qubits Null, Eins und Kombinationen dazwischen darstellen. Topologische Systeme basieren auf einem anderen Teilchentyp, den Anyonen, die als Quasiteilchen an der Oberfläche eines Materials, in diesem Fall eines supraleitenden Nanodrahts, entstehen.
Der Vorteil des topologischen Quantencomputings liegt in seiner Fehlertoleranz. Qubits sind anfällig für Fehler, was bedeutet, dass Quantencomputerbauer zusätzliche Qubits zur Fehlerkorrektur einbauen müssen. Ein ergänzender Ansatz besteht darin, die Fehlerkorrektur auf Hardwareebene zu integrieren. Da die Quanteninformation über ein physikalisches System verteilt und gespeichert wird, ist die Wahrscheinlichkeit geringer, dass die Information ihre Kohärenz verliert.
Für das topologische Quantencomputing sind Majorana-Teilchen, genauer gesagt Majorana-Zero-Moden, das bevorzugte Werkzeug. Diese Teilchen, die nach dem italienischen Physiker Ettore Majorana benannt sind, sind besonders, da sie ihre eigenen Antiteilchen sind und eine Art “Gedächtnis” ihrer relativen Positionen über die Zeit behalten können. Durch das “Flechten” dieser Teilchen, also das physische Bewegen um einander herum, lässt sich eine robustere Quantenlogik schaffen.
Die Forscher realisierten diese Teilchen durch die Platzierung eines Indiumarsenid-Halbleiternanodrahts in unmittelbarer Nähe eines Aluminium-Supraleiters. Unter den richtigen Bedingungen wird der halbleitende Draht supraleitend und tritt in eine topologische Phase ein. MZMs entstehen an den Enden des Drahts, während der Rest des Drahts eine Energielücke aufweist.
Obwohl der Prozessor mit acht Qubits noch in den Kinderschuhen steckt, markiert er einen bedeutenden Fortschritt in der jahrzehntelangen Suche der Wissenschaftler nach einem topologischen Quantencomputer. Die Zusammenarbeit zwischen Station Q und der Universität, insbesondere bei der Entwicklung der Materialien, die topologische Quantenverhalten ermöglichen, war dabei von entscheidender Bedeutung.
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