Silizium-Quantenschaltkreise:
Durchbruch macht sie praktisch nutzbar

Quantencomputer setzten bisher häufig auf supraleitende Materialien, die hochkomplexe Aufbauten nötig machen. Jetzt können Forscher einen Durchbruch bei der Suche nach einer Alternative vermelden: Siliziumbasierte Quantenbit-Schaltkreise erreichen die nötige Zuverlässigkeit.

Statt komplexen Ionenfallen und Supraleitern einfach Silizium

Null und Eins: Unabhängig von der eingesetzten Technologie, müssen alle nutzbaren Computer-Schaltkreise möglichst zuverlässig zwischen diesen beiden Zuständen unterscheiden können. Auch bei Quantencomputern gilt diese Anforderung, die aktuell verbreiteten Systeme mit Ionen in Magnetfallen oder komplexen supraleitenden Aufbauten können stabile binäre Zustände erzeugen, oft aber nur für wenige hundert Mikrosekunden. Genau hier liegt auch eine der großen Herausforderungen bei der Skalierung der Technologie. Abhilfe könnte hier ein Ansatz schaffen, der Silizium als Basis für Quantencomputer-Schaltkreise nutzt. Infografik: Klassischer Aufbau einer Quanten-CPU Wie Scinexx in einem Bericht schreibt, ist Forschern ein entscheidender Durchbruch geglückt. Demnach ist es drei unabhängigen Forschergruppen gelungen, siliziumbasierte Quantenschaltkreise zu entwickeln, die eine Zuverlässigkeit von mehr als 99 Prozent erreichen - ein wichtiger Schwellenwert. Zwei Teams setzten dabei darauf, in einer Silizium-Germanium-Matrix die Spins von Einzelelektronen zu nutzen. Das dritte System setzt darauf, die binären Zustände auf Phosphor-Fremdatomen im Silizium zu beziehen. Zur Kontrolle der Qubits kommen bei allen Teams magnetische Felder zum Einsatz.

Fehlerquote passt

Nach Test mit standardisierten Algorithmen zur Ermittlung der Leistungsfähigkeit und Fehleranfälligkeit konnten die Teams dann exzellente Werte vermelden. Die Werte für die Zuverlässigkeit der Qubit-Zustände liegen bei 99,35 bis 99,65 Prozent. "Wenn Fehler so selten werden, können wir sie detektieren und korrigieren, sobald sie auftreten", erklärt Andrea Morello von der University of New South Wales, Leiter eines der drei Forschungsteams.

Die Konsequenz für das Feld der Quantencomputer: Neben supraleitenden Qubits und Ionenfallen gibt es jetzt ein drittes System, das sich den Status der praktisch nutzbaren Quantencomputer-Plattform verdient hat. Seigo Tarucha vom RIKEN-Forschungszentrum: "Dies demonstriert, dass Silizium-Quantencomputer vielversprechende Kandidaten auch für großskalige Quantenrechner sind."