Die Quantenschleife

Ein neues Material kann beim Bau von Quantencomputern helfen. Supraleiter sind Materialien, in denen Strom fließt, ohne auf Widerstand zu stoßen. Normalerweise ist sein Weg einseitig, aber es wurde ein Material entdeckt, in dem Strom gleichzeitig in zwei Richtungen fließen kann. Science (https://science.sciencemag.org/content/366/6462/238)

Dieser ungewöhnliche Supraleiter ist der so genannte b-Bi2Pd, der aus kristallinem Wismut und Palladium aufgebaut ist. Wenn wir aus einer dünnen Materialschicht einen Ring formen, stellt sich heraus, dass der Strom in ihm gleichzeitig im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn fließen wird. Die Entdecker des Phänomens sagen voraus, dass es in der nächsten Generation von Quantencomputern zum Einsatz kommen wird, die dank der direkten Nutzung der Gesetze der Quantenphysik in der Lage sein werden, Berechnungen viel schneller durchzuführen als ihre modernen Gegenstücke.

Bild Quelle: Superpositioned Qubit / Johns Hopkins University

"Die Überlagerung von Strömungen, die in entgegengesetzte Richtungen fließen", kann als Grundlage verwendet werden, erklärt Yufan Li, ein Physiker von der Johns Hopkins University und der Erstautor der veröffentlichten Arbeit. Während sich ein Bit in einem klassischen Computer nur in einem der beiden Zustände befinden kann, kann sein Quantenäquivalent, in der Überlagerung beider Zustände existieren (wie in Schrödingers berühmtem Paradoxon mit einer lebenden und einer toten Katze zur gleichen Zeit). Qubits ermöglichen es, die Effizienz der Berechnungen zu erhöhen, da sie mehr Informationen enthalten.

Supraleitende Materialien, die bisher entworfen wurden, erfordern ein Magnetfeld von präziser Größe. Im Gegensatz dazu benötigen die b-Bi2Pd-Ringe, die Li mit der Einheit als supraleitende Stromeinheit konzipiert hat, keine externen Magnete, damit der Strom in beide Richtungen fließen kann. Die Forscher argumentieren, dass diese Eigenschaft einen "qualitativen Sprung" in der derzeitigen Qubit-Technologie bewirken sollte. Es ist eine wichtige Vereinfachung beim Entwurf der Schaltung und ihrer Kalibrierung". Es ist auch möglich, dass die spezifischen Eigenschaften von b-Bi2Pd es uns erlauben, die Phänomene zu beobachten, die auf die Existenz von theoretisch vorhergesagten Quasiteilchen hinweisen, den so genannten Majoranafermionen, die ihre eigenen Antiteilchen sind. (Das Antiteilchen und das entsprechende Teilchen haben die gleiche Masse, aber ihre Ladungen haben das entgegengesetzte Vorzeichen).