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Es ist kein Geheimnis, dass Quantencomputer als Rechner der Zukunft gelten und ihnen ein enormes Potential zugemessen wird. Sie können gewaltige Datenmengen in viel kürzerer Zeit verarbeiten als konventionelle Computer. Dies erreichen sie indem sie die Rechenschritte parallel bearbeiten. Möglich macht das die Eigenschaft der Quantenbits, nicht bloß auf binärer Zustände – also 0 und 1 – beschränkt zu sein, sondern alle Zustände dazwischen nutzen zu können.
Die Quantenbits, kurz Qubits, bilden die kleinste Recheneinheit eines Quantencomputers. Bei Aufbau dieser ist Forschern des KIT, kurz für Karlsruher Institut für Technologie, nun ein vielversprechender Ansatz gelungen.
Kern der Problematik ist bisher Qubits so herzustellen, dass sie klein genug sind und sich ausreichend schnell schalten lassen, um mit ihnen Quantenkalkulationen durchführen zu können. Zu diesem Zweck werden supraleitende Schaltungen, also Materialien die bei sehr niedriger Temperatur keinen elektrischen Widerstand mehr aufweisen, verwendet. Das zentrale Element eines solchen supraleitenden Qubits stellt der sogenannte Josephson-Kontakt dar, welcher der Speicherung der Quanteninformation dient. An genau diesem Punkt haben die Forscher nun eine Veränderung vorgenommen.
In der Regel werden die beschriebenen Kontakte durch zwei Aluminiumschichten erzeugt, welche durch eine dünne Oxid-Barriere getrennt werden.
Diese zwei Schichten ersetzten die Forscher durch eine einzelne aus granularem Aluminium. Dieser Supraleiter besteht aus Aluminiumkörnern, die nur wenige Nanometer messen und in einer Oxid-Matrix eingebettet sind. Das Material bildet daher von selbst ein dreidimensionales Netzwerk aus Josephson-Kontakten.
Die Forscher gingen soweit, den kompletten Qubit aus granularem Aluminium herzustellen. Dieser Schritt soll neue Möglichkeiten bei der industrielle Herstellung mittels Ätzverfahren bieten und darüber hinaus noch den Einsatzbereiche der Qubits erweitern, beispielsweise wenn diese starken Magnetfeldern ausgesetzt werden sollen.