Neuer Mikrowellenverstärker verbessert Quantenauslese

Quantencomputer sollen künftig komplexe Aufgaben blitzschnell lösen, für die heutige Supercomputer Jahre benötigen. Doch es gibt noch viele Herausforderungen. Eine davon ist das Auslesen der Berechnungsergebnisse eines supraleitenden Quantenprozessors. Denn dazu müssen zunächst extrem schwache Mikrowellensignale verstärkt werden, ohne den Zustand der Qubits zu verändern. Im vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) koordinierten Projekt TruePA, entwickelten Forschende einen Verstärker, der die Quantenauslese einfacher und zuverlässiger macht. Das deutsch-französische Forschungsteam hat dafür das Prinzip des parametrischen Wanderwellenverstärkers (kurz TWPA) entscheidend verbessert. Diese in Chips verbauten Bauteile verstärken Signale entlang einer wandernden Welle in einer Leitung.

Signal kann sich nur noch vorwärtsbewegen

„In herkömmlichen TWPAs läuft ein Teil des verstärkten Signals rückwärts, was den Qubit-Zustand und die Gesamtverstärkung stören kann. Um dies zu verhindern, umgibt man die TWPAs bisher üblicherweise mit großen magnetischen Isolatoren“, erklärt Professorin Anja Metelmann vom Institut für Quantenmaterialien und Technologien des KIT, die das TruePA Projekt koordiniert. Die Forschenden machen diese Isolatoren nun überflüssig. Ein zweites, maßgeschneidertes Pumpsignal sorgt dafür, dass das Signal nur vorwärts durch das System wandern kann. „Wir nutzen dafür eine nichtlineare Änderung von Schaltungsparametern, etwa der elektrischen Induktivität, um Energie von einem Pumpsignal auf das Originalsignal zu übertragen“, so Metelmann. Der neue Verstärker eröffnet Wege zu kompakteren und skalierbaren Quantencomputern und Quantendetektoren.

ffr, 16.12.2025