Datorer baserade på kvantmekaniska principer kan lösa vissa uppgifter särskilt effektivt. Deras informationsbärare, de så kallade qubits, har inte bara värdena "0" och "1, "men säger också däremellan, kallas superpositionstillstånd. Dock, att upprätthålla ett sådant tillstånd är svårt. Forskare vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har nu använt granulärt aluminium (smeknamnet grAl) för qubits och har visat att detta supraledande material har stor potential att övervinna de tidigare gränserna för kvanthårdvara. Forskarna rapporterar i tidskriften Naturmaterial .

Kvantdatorer anses vara framtidens datorer. Du kan i princip bearbeta stora mängder data mycket snabbare än med dagens klassiska datorer. Medan klassiska datorer utför ett steg i taget, kvantdatorer kan anses ta många steg parallellt, i så kallad kvantparallellism. Informationsbäraren för kvantdatorn är kvantbiten, qubit kort och gott. För qubits är inte bara tillstånden "0" och "1" relevanta, men även staterna däremellan, kvantmekanisk överlagring av tillstånd. Deras bearbetning sker enligt kvantmekaniska principer, såsom förveckling, som bevarar omedelbara korrelationer mellan qubit-tillstånd till godtyckliga långa avstånd.

"Att producera qubits som är tillräckligt små och som kan växlas tillräckligt snabbt för att utföra kvantberäkningar är en stor utmaning, "förklarar fysikern Dr. Ioan Pop, Chef för forskningsgruppen Kinetic Inductance Quantum Systems vid Physics Institute (PHI) och KIT:s Institute of Nanotechnology (INT). Ett lovande alternativ är supraledande kretsar. Superledare är material som inte har något elektrisk motstånd vid extremt låga temperaturer, därför leder de elektricitet utan förluster. Detta är avgörande för att bevara kvanttillstånden och för att smidigt koppla samman kvantbitar, vilket resulterar i högre datorkraft. Stora företag som IBM, Intel, Microsoft och Google arbetar med att skala upp superledande kvantprocessorer.

En stor svårighet, dock, upprätthåller kvanttillståndet. Interaktioner med miljön kan leda till att kvanttillståndet förfaller, den så kallade dekoherensen. Ju fler qubits som används, desto svårare är det att upprätthålla koherens. Forskare vid PHI, INT och IPE från KIT och National University for Research and Technology MISIS i Moskva har nu för första gången använt granulärt aluminium som supraledande material för qubits med hög koherens. Som forskarna rapporterar i tidskriften Naturmaterial , de mätte en grAl fluxonium qubit med koherenstid på upp till 30 mikrosekunder – det här är tiden då qubiten kan förbli i ett tillstånd mellan "0" och "1". Den här tiden kan låta kort, men den är faktiskt uppmuntrande lång jämfört med den typiska 0,01 mikrosekundtid som krävs för qubit -operationen. "Våra resultat visar att granulärt aluminium kan öppna forskningsvägar för en ny klass av komplexa qubitdesigner och hjälpa till att övervinna de nuvarande begränsningarna för kvantberäkning, " förklarar Dr. Ioan Pop från KIT.