Neues Material für Super-Computer

Ein Quantencomputer ist weitaus mehr als ein gewöhnlicher PC. Jetzt hat ein Forscherteam des Forschungszentrums Jülich ein neues Material für den Bau des digitalen Wunderdings ins Spiel gebracht: den Hochtemperatur-Supraleiter.

Eigentlich verfolgten sie ein anderes Ziel, doch dabei fanden die Wissenschaftlern aus Jülich, Münster und Moskau eine Möglichkeit, die Quantencomputern einmal den Weg aus spezialisierten Laboren heraus in eine weitere Verbreitung ebnen könnte. Der Schlüssel dafür ist ein Material für Qubits, das nicht bis nahe des absoluten Nullpunktes gekühlt werden muss.

Quantencomputer sollen bestimmte Rechnungen zukünftig deutlich schneller lösen können als die schnellsten Supercomputer der Welt. Nützlich kann das für die unterschiedlichsten Fragestellungen sein, von optimierter Verkehrslenkung über das Design leistungsfähigerer Materialien bis zur Wirkstoffforschung für neue Medikamente. Derzeit gibt es Quantencomputer jedoch nur als Prototypen im Labor oder für spezielle Anwendungen.

Für die Realisierung leistungsfähigerer Quantencomputer werden verschiedene technologische Strategien parallel verfolgt. Qubits, die Bits der Quantenrechner, können etwa aus gefangenen Ionen oder supraleitenden Schaltkreisen bestehen. In beiden Fällen sind aufwändige Kühlsysteme nötig, die die Qubits auf Temperaturen von ungefähr minus 273 Grad bringen, was etwas mehr als null Kelvin entspricht. Sie sind so teuer wie ein Einfamilienhaus und benötigen mehr Platz als ein großer Kühlschrank.

Das Team fand nun heraus, dass sich supraleitende Qubits möglicherweise nicht nur aus den üblichen Niedrigtemperatur-Supraleitern herstellen lassen, sondern auch aus Hochtemperatur-Supraleitern, wodurch weitaus billigere Kühltechnik von der Größe eines kleinen Koffers ausreichen würde. Auch sollte sich eine größere Zahl solcher Qubits auf einem Chip unterbringen lassen als bisher und die erzielbare Rechengeschwindigkeit sich erheblich erhöhen. Letzteres liegt unter anderem an der längeren Lebensdauer des angeregten Zustands von mindestens 20 Millisekunden bei fünf Kelvin.

"Unsere Ergebnisse waren so überraschend, dass wir es selbst kaum glauben konnten", so die Jülicher Physikern Dr. Irina Gundareva. Doch die Messungen überzeugten letztlich auch die zunächst skeptischen Gutachter der nun erfolgten Veröffentlichung der Ergebnisse in der Fachzeitschrift "Nature Communications".