Karlsruhe Institute of Technology

Quantentechnologie: Neues Verfahren erlaubt anpassungsfähige supraleitende Quantenbits

Gezielte elektrische Impulse ermöglichen genaue Steuerung des elektrischen Widerstands bei Quantenbits mit Drähten im Nanometermaßstab
Nanodrähte
Widerstandsänderung führt zu isolierendem, metallischem und supraleitendem Verhalten von Nanodrähten. (Grafik: Hannes Rotzinger, KIT)

Um einen Quantencomputer zu bauen, der deutlich höhere Rechengeschwindigkeiten als herkömmliche Computer aufweist, benötigt man Quantenbits oder Qubits als Informationsspeicher. Supraleitende Qubits sind ähnlich aufgebaut wie Computerchips, benötigen aber für den Betrieb sehr tiefe Temperaturen, denn erst dann verlieren sie ihren elektrischen Widerstand und werden supraleitend. Ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) hat nun Drähte im Nanometermaßstab mit einem neuen Verfahren behandelt und den elektrischen Widerstand mit gezielten elektrischen Impulsen kontrolliert abgesenkt. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift ACS Nano publiziert.

Die granularen Nanodrähte sind aus sehr kleinen Aluminium-Körnern mit vier Nanometer Durchmesser aufgebaut, die von einer etwa ein Nanometer dicken isolierenden Aluminium-Oxid-Schicht umgeben sind. „Das neue Verfahren zur Veränderung des Nanodraht-Widerstandes erlaubt gewissermaßen eine Nachjustierung einiger Parameter der Qubits, und dies sogar während des Betriebs bei tiefen Temperaturen“, erläutert Hannes Rotzinger vom KIT. „Das Verfahren könnte bei komplexen Quantencomputer-Schaltungen von Vorteil sein.“

Je nach Stärke der angelegten elektrischen Impulse konnte bei tiefen Temperaturen sowohl isolierendes, leitendes als auch supraleitendes Verhalten beobachtet werden. In der (Alltags-)Elektronik spielen Supraleiter zwar noch keine Rolle, allerdings gibt es Mikroelektronik-Schaltkreise, bei denen der elektrische Widerstand des Bauteils genau eingestellt werden muss. Das ließe sich mit der Nanodrahttechnik möglicherweise platzsparender und einfacher erreichen als mit bisher verbreiteten Verfahren. An der Studie beteiligt waren das Physikalische Institut und das Institut für Quantenmaterialien und Technologien des KIT, die MISIS Universität Moskau sowie die RMIT Universität in Melbourne.

sf, 06.04.2021