⚛️ Eine einfache chemische Anpassung macht Quantencomputer zuverlässig und effizient
Quantencomputer versprechen, Probleme zu lösen, die für klassische Maschinen unerreichbar sind. Dennoch wird ihre Entwicklung durch die Schwierigkeit gebremst, stabile Quanteninformationen zu erhalten, die oft durch Umgebungsrauschen gestört werden. Diese Maschinen erfordern daher Komponenten von hoher Präzision, um mit einer ausreichend niedrigen Fehlerrate für nutzbare Berechnungen zu arbeiten, was sie besonders kostspielig macht.
Innenansicht des Verdünnungskühlschranks eines supraleitenden Quantencomputers.
IBM Research
Angesichts dieses Hindernisses interessieren sich Wissenschaftler für eine besondere Kategorie von Materialien: topologische Supraleiter. Letztere besitzen "geschützte" Quanteneigenschaften, die geeignet sein könnten, als Schutzschild gegen Störungen zu dienen und Daten zuverlässig zu bewahren. Ihre praktische Realisierung bleibt jedoch schwierig, da sie sehr spezifische Bedingungen erfordert.
Ein Team der University of Chicago und der West Virginia University hat eine einfachere Strategie entwickelt, um diese Eigenschaften zu erhalten. Durch das Züchten extrem dünner Filme einer Verbindung auf Eisen-, Tellur- und Selenbasis können sie das Verhältnis zwischen Tellur und Selen verändern. Diese Veränderung beeinflusst die Art und Weise, wie Elektronen kollektiv interagieren, und ermöglicht eine "Feineinstellung" des Materials in den gewünschten Zustand.
Die in Nature Communications veröffentlichte Arbeit zeigt, dass diese elektronischen Wechselwirkungen eine entscheidende Rolle spielen. Wenn sie zu stark sind, frieren die Elektronen ein; sind sie zu schwach, verschwinden die topologischen Eigenschaften. Aber auf einem optimalen Niveau wird das Material zu einem topologischen Supraleiter.
Haoran Lin, ein Promotionsstudent, vergleicht diesen Effekt mit einem Potentiometer, den man drehen kann, um den idealen Bereich zu erreichen.
Haoran Lin, Erstautor der Studie, erklärt, wie die Anpassung eines chemischen Rezepts die Quanteneigenschaften steuern kann.
Bildnachweis: John Zich
Dieser auf dünnen Filmen basierende Ansatz, der einfacher zu beherrschen und in Geräte zu integrieren ist als massive Kristalle, bietet weitere Vorteile. Diese Materialien funktionieren bei höheren Temperaturen als einige Alternativen, um die 13 Kelvin, was ihre Kühlung mit Standard-Flüssighelium vereinfacht. Darüber hinaus ist ihr Format ideal für die Herstellung elektronischer Komponenten, was den Weg für konkrete Anwendungen ebnet.
Inzwischen arbeiten mehrere Forschungsgruppen zusammen, um diese Filme zu formen und Quantenkomponenten herzustellen. Shuolong Yang, außerordentlicher Professor, sieht darin ein effektives Werkzeug für den Entwurf robusterer Systeme, was die Entwicklung und Verbreitung von Quantencomputern beschleunigen könnte.