Forscher revolutionieren supraleitende Quantenbits: Neue Erkenntnisse zu Josephson-Kontakten

Forscher des Forschungszentrums Jülich und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben eine spannende Entdeckung gemacht, die die Grundlagen der supraleitenden Quantenbits revolutionieren könnte. In ihrer Studie, die in Nature Physics veröffentlicht wurde, haben sie eine Korrektur der grundlegenden Gleichung für Josephson-Kontakte vorgenommen, die essenzielle Bestandteile supraleitender Quantencomputer sind.

Aber was sind eigentlich Josephson-Kontakte? Nun, stellen wir uns vor, sie sind wie Musikinstrumente. Bei einem Musikinstrument haben wir die Grundschwingung, die einen bestimmten Ton erzeugt. Aber oft werden auch Obertöne erzeugt, die diese Grundschwingung überlagern und den Klang des Instruments verändern. Und genau das passiert auch bei Josephson-Kontakten. Die Forscher fanden heraus, dass diese Kontakte komplexer agieren als bisher angenommen und dass ihre Funktionsweise durch eine Anpassung der Gleichung besser beschrieben werden kann.

Um ihre Ergebnisse zu untermauern, haben die Forscher experimentelle Beweise aus verschiedenen Laboren weltweit gesammelt. Unter anderem wurden Daten von der Universität zu Köln, der Ecole Normale Suprieure in Paris und IBM Quantum in New York analysiert. Diese Daten wurden mit bereits veröffentlichten Experimenten ergänzt. Es war ein echtes Gemeinschaftsprojekt, das die Forschungsergebnisse auf eine solide Grundlage stellte.

Die Forschung begann im Jahr 2019, als die beiden Erstautoren Dennis Willsch und Dennis Rieger, damals noch Doktoranden in Jülich und Karlsruhe, Schwierigkeiten hatten, ihre Experimente mit dem etablierten Modell für Josephson-Kontakte in Einklang zu bringen. Das bisherige Modell wurde 1973 von Brian Josephson entwickelt, der dafür den Nobelpreis für Physik erhielt.

Die Wissenschaftler stellten fest, dass das bisherige Modell zu vereinfacht war, um die Funktionsweise der Josephson-Kontakte vollständig zu beschreiben. Sie fanden heraus, dass ein erweitertes Modell mit höheren Harmonischen erforderlich ist, um den Tunnelstrom zwischen den beiden Supraleitern korrekt darzustellen. Das erweiterte Modell ähnelt dem Prinzip der Musik, bei dem beim Anschlagen einer Saite eine Grundschwingung entsteht, die von mehreren Obertönen begleitet wird.

Die Forscher betonen, dass die Präzision der Messungen in ihrem Forschungsbereich mittlerweile so hoch ist, dass diese kleinen Korrekturen erkannt werden können. Dennis Rieger stellt fest, dass das bisherige vereinfachte Modell, das über 15 Jahre lang als ausreichend galt, überarbeitet werden muss.

Die Bedeutung dieser Ergebnisse wurde von den koordinierenden Professoren erkannt, die daraufhin eine Zusammenarbeit zwischen Experimentalphysikern, Theoretikern und Materialwissenschaftlern organisierten. Gemeinsam konnten sie überzeugende Argumente für das erweiterte Modell sammeln.

Die Wissenschaftler sind sich einig, dass diese Entdeckung dazu beitragen wird, die Fehler von Quantenbits erheblich zu reduzieren. Das ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einem universellen, supraleitenden Quantencomputer. Der Traum von leistungsstarken Quantencomputern rückt also ein Stück näher. Es bleibt spannend zu sehen, wie sich die Forschung in diesem Bereich weiterentwickeln wird.

Schlagwörter: Jülich + Köln + Dennis Willsch

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