|
50 Jahre alte Vorhersage zur verlustfreien Datenverarbeitung bestätigt
Jülich (forschungszentrum) - Wissenschaftler der Universität Yale haben eine experimentelle Schaltung
zur Speicherung von Quanteninformationen entwickelt, welche die Speicherdauer von supraleitenden Quantenschaltern
um einige Größenordnungen verbessert. Gemeinsam mit dem Jülicher Physiker Dr. Gianluigi Catelani
bestätigten die Wissenschaftler in diesem Zusammenhang erstmals eine 50 Jahre alte quantenphysikalische Vorhersage.
Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Nature vom 17. April 2014 nachzulesen.
Das Phänomen der Supraleitung wird nicht nur zum Bau ultrastarker Elektromagnete in Magnetresonanztomografen
und Teilchenbeschleunigern genutzt. Supraleitende Schaltkreise haben auch eine enorme Bedeutung für die Entwicklung
von Quantencomputern. Entsprechende Systeme könnten beim Lösen bestimmter Aufgaben eines Tages eine deutlich
höhere Rechengeschwindigkeit erzielen als herkömmliche Digitalrechner.
Supraleitende Schaltkreise ermöglichen es, Quanten-Bits - kurz Qubits - darzustellen, mit denen Quantenrechner
Informationen speichern und verarbeiten. Unter dem Einfluss benachbarter Qubits können diese ihren Wert verändern,
indem sie etwa von "0" auf "1" springen oder beide Werte zugleich annehmen. Doch durch das
Umschalten verlieren die Qubits Energie, wodurch die Quanteninformation verloren geht.
In dem Yale-Experiment konnten die Wissenschaftler zeigen, dass ein supraleitendes Qubit immun gegen Verluste ist,
die durch sogenannte Quasiteilchen verursacht werden. Physiker bezeichnen damit kollektive Anregungen mehrerer
Teilchen, die sich in einigen Eigenschaften wie Teilchen verhalten und dem Qubit Energie entziehen können.
Die experimentellen Fortschritte in Yale sind daher ein wichtiger Schritt auf dem Weg zum Quantenrechner. Und nicht
nur das. Mit ihnen bestätigten die Wissenschaftler erstmals eine theoretische Vorhersage des britischen Physikers
und Nobelpreisträgers Brian Josephson. In den 1960er Jahren hatte er vorausgesagt, dass sich der Energieverlust
an einem sogenannten Josephson Kontakt – dem elementaren Bauelement der supraleitenden elektrischen Schaltkreise
– unter bestimmten Voraussetzungen vermeiden lässt.
Dr. Gianluigi Catelani vom Jülicher Peter Grünberg Institut (PGI-2) hat mit seinen Berechnungen gezeigt,
dass dieser verlustfreie Spezialfall auf einen quantenmechanischen Interferenzeffekt zurückzuführen ist,
der sich auch für das Speichern und die Verarbeitung von Qubits nutzen lässt. Dabei löschen sich
die an der Kontaktstelle entstehenden Quasiteilchen gegenseitig aus, sodass keine Energie verloren geht.
Originalpublikation
Coherent suppression of electromagnetic dissipation due to superconducting quasiparticles Ioan M. Pop, Kurtis Geerlings,
Gianluigi Catelani, Robert J. Schoelkopf, Leonid I. Glazman, & Michel H. Devoret Nature, published on 17 April
2014, doi 10.1038/nature13017
|
