Supraleitende Qubits: Verborgene Wärmestrahlung verursacht Verlust der Kohärenz

BerlinForscher der Aalto-Universität in Finnland und ihre internationalen Partner haben Fortschritte beim Verständnis des Kohärenzverlusts von supraleitenden Qubits gemacht. Sie entdeckten, dass dieser Kohärenzverlust direkt als Wärme in den Schaltkreisen der Qubits gemessen werden kann. Diese Erkenntnis ist besonders bedeutend für die Quantencomputing, da supraleitende Josephson-Kontakte wesentliche Bestandteile von Qubits sind.

Die Untersuchung ergab wesentliche Erkenntnisse:

• Wärmedissipation ist ein Hauptfaktor für den Kohärenzverlust von Qubits.
• Thermische Strahlung entsteht direkt bei den Qubits und breitet sich durch die Schaltung aus.
• Experimente an einzelnen Josephson-Kontakten zeigten genaue Wege des Wärmeverlusts auf.
• Kleinere experimentelle Anordnungen liefern präzisere Messungen der thermischen Strahlung.

Im Mittelpunkt ihrer Studie stand eine Methode zur Messung bisher unbeachteter thermischer Energieverluste. Die Forschung ergab, dass diese Verluste durch von den Qubits emittierte thermische Strahlung, die entlang der Schaltkreise verläuft, verursacht werden. Um diese schwache Strahlung zu messen, platzierten sie äußerst empfindliche Wärmesensoren neben den Josephson-Kontakten. Durch die Anpassung der Spannung und Beobachtung der Phasenänderungen konnten die Forscher Strahlung über ein breites Frequenzspektrum verfolgen.

Diese Entdeckung ist aus mehreren Gründen bedeutsam. Erstens sind langlebigere Qubits für komplexe Quantenberechnungen unerlässlich. Die Forschung bietet einen Ansatz zur Herstellung stabilerer Qubits, indem Quellen des Wärmeverlusts identifiziert und reduziert werden. Darüber hinaus kann ein besseres Verständnis der Mechanismen des Wärmeverlusts zur Entwicklung effizienterer Kühlmethoden für Quanten-Geräte beitragen.

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Die Forschung wurde in den Reinraum-Einrichtungen von OtaNano durchgeführt und erhielt Unterstützung von Institutionen wie der University of Washington, dem Niels-Bohr-Institut und der Universität Madrid. Durch die Zusammenarbeit von praktischem und theoretischem Wissen kam es zu bedeutenden Entdeckungen.

Die Ergebnisse dieser Studie beeinflussen nicht nur das Quantencomputing. Eine verbesserte Stabilität bei supraleitenden Qubits könnte auch Technologien zugutekommen, die Josephson-Kontakte nutzen, wie etwa extrem empfindliche Magnet- und Elektrizitätsfeld-Detektoren. Während die Arbeit an der Beschleunigung des Quantencomputings voranschreitet, bieten die Erkenntnisse dieser Studie wertvolle Hinweise für zukünftige Forschungen und Entwicklungen.

Diese Arbeit wurde von der Quantum Technology Finland Centre of Excellence und dem THEPOW-Konsortium, finanziert durch den Forschungsrat von Finnland, unterstützt. Die Ergebnisse wurden am 22. August im Nature Nanotechnology veröffentlicht.