Quanten-Computer plaudern per Magnetwelle
Goldenes Omega hilt Dresdner Helmholtz-Forschern, Qubits zu steuern
Dresden, 21. März 2024. Um leistungsstärkere und stabiler funktionierende Quantencomputer zu bauen, schlagen Dresdner Helmholtz-Forscher eine alternatives Bauweise vor: Statt die Qubits – also die kleinsten Bauelemente in einem Quantenrechner – durch Mikrowellen anzusteuern und zu vernetzen, wie es beispielsweise Google und IBM tun, wollen die Sachsen eine Art Magnetwellen dafür einsetzen. Wie sich diese „Magnonen“ mit Hilfe eines goldenen Omega-Buchstabens künftig in Chipfabriken erzeugen lassen, hat das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) nun demonstriert.
„Quantencomputer-Szene hat das noch gar nicht richtig auf dem Schirm“
„Bislang hat die Quantencomputer-Szene noch gar nicht so richtig auf dem Schirm, dass sich Magnonen zum Ansteuern von Qubits verwenden lassen“, bewertet HZDR-Forscher Mauricio Bejarano die Befunde. „Unser Experiment zeigt, dass diese Magnetwellen tatsächlich nützlich sein könnten.“
Steuersystem lässt sich mit gängigem Chipfabrik-Material erzeugen
Konkret haben Bejarano und seine Kollegen zunächst eine dünne Schicht aus Siliziumkarbid erzeugt – eine Silizium-Kohlenstoff-Verbindung, die sich in vielen Chipfabriken gerade als Spezialmaterial für Leistungselektronik durchsetzt. In dieser Schicht sorgten sie für kleine Löcher in den Kristallstrukturen, in denen sich die Qubits unterbringen lassen. Um diese Quanten-Informationseinheiten mit Magnonen anzusteuern, erzeugten die Forscher ein neues Bauelement: eine mikrometerkleine Scheibe aus einer magnetischen Nickel-Eisen-Legierung, umringt von einem teils geöffneten Goldring, der dem griechischen Buchstaben „Omega“ ähnelt. „Unter Wechselstrom gesetzt fungierte der Goldring als ein Sender“, berichtet das HZDR. „Er schickte Mikrowellen in die Magnetscheibe und regte dadurch die Magnonen an.“
Magnonen statt „grobe“ Mikrowellen
Von daher ist es vorstellbar, künftige Quantenprozessoren, die massenhaft in Chipfabriken erzeugt werden sollen, mit solchen Magnonen-Steuersystemen zu vernetzen – und sie weit dichter zu packen, als es mit bisherigen Mikrowellen-Systemen möglich war.
Quantencomputer gehören seit einiger Zeit zu den großen Trend-Technologien, an denen viele Akteure weltweit gerade arbeiten, darunter auch in Sachsen. Quantenrechner können gewissermaßen mehrere Lösungen bestimmter mathematischer Rechenaufgaben auf einen Schlag ausprobieren. Dadurch sind sie nicht in allen, aber doch in einigen Einsatzgebieten heutigen Digitalrechnern überlegen: beispielsweise für die Simulation komplexer kosmischer Phänomene, Verkehrskontrolle, Routenplanung, genetische Analysen, aber auch als Code-Knacker.
Autor: hw
Quelle: HZDR
Wissenschaftliche Publikation:
„Parametric magnon transduction to spin qubits“ von M. Bejarano, F.J.T. Goncalves, T. Hache, M. Hollenbach, C. Heins, T. Hula, L. Körber, J. Heinze, Y. Berencén, M. Helm, J. Fassbender, G.V. Astakhov und H. Schultheiß, in: Parametric magnon transduction to spin qubits, in Science Advances, 2024, DOI: 10.1126/sciadv.adi2042, Internetfundstelle: science.org/doi/10.1126/sciadv.adi2042
„Quantencomputer-Szene hat das noch gar nicht richtig auf dem Schirm“: Helmholtz Dresden vernetzt Qubits in Quantencomputern mit Magnetwellen – dabei hilft ein goldenes Omega.
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