Ein Team von Physikern an der Aalto-Universität hat die Grenzen des Quantencomputings verschoben, indem es eine rekordverdächtige Kohärenzzeit im Millisekundenbereich bei einem Transmon-Qubit erzielt hat – ein bedeutender Fortschritt für das Fachgebiet.
Unter der Leitung von Professor Mikko Möttönen maß die Forschungsgruppe Quantum Computing and Devices (QCD) eine maximale Echo-Kohärenzzeit von 1,06 Millisekunden bei einem Median von 0,5 Millisekunden. Damit wurden bisherige wissenschaftliche Rekorde, die lediglich bei etwa 0,6 Millisekunden lagen, deutlich übertroffen.
"Wir haben gerade eine Echo-Kohärenzzeit für ein Transmon-Qubit gemessen, die im Maximum eine Millisekunde und im Median eine halbe Millisekunde erreichte", erklärte Mikko Tuokkola, der Doktorand, der die Messungen durchgeführt und ausgewertet hat. Die Ergebnisse des Teams wurden am 8. Juli im renommierten Fachjournal Nature Communications veröffentlicht.
Die Kohärenzzeit eines Qubits ist ein entscheidender Parameter im Quantencomputing: Sie bestimmt, wie lange ein Quantenbit seinen Quantenzustand aufrechterhalten kann, bevor durch Umwelteinflüsse Fehler auftreten. Eine längere Kohärenzzeit ermöglicht es Quantencomputern, komplexere Operationen fehlerfrei auszuführen und reduziert den Aufwand für Quanten-Fehlerkorrektur – ein wichtiger Schritt auf dem Weg zum fehlertoleranten Quantencomputing.
Der Durchbruch wurde durch hochwertige Transmon-Qubits ermöglicht, die in den Reinraum-Laboren der Aalto-Universität unter Verwendung von supraleitenden Filmen des Technischen Forschungszentrums Finnland (VTT) gefertigt wurden. Die Forschenden haben ihre Methode umfassend dokumentiert, um sie für Forschungsgruppen weltweit reproduzierbar zu machen.
"Quantencomputer stehen mit zunehmender Qubit-Kohärenz und -Fidelität kurz davor, nützlich zu werden", erläuterte Professor Möttönen. "Die ersten Anwendungen scheinen in der Lösung schwieriger, aber kurzer mathematischer Probleme zu liegen, etwa hochgradiger binärer Optimierungsprobleme." Er rechnet innerhalb der nächsten fünf Jahre mit industriellen und kommerziellen Anwendungen – zunächst durch frühe NISQ-Algorithmen (Noisy Intermediate-Scale Quantum) und später in Maschinen mit leichter Fehlerkorrektur.
Dieser Erfolg ist Teil der umfassenden finnischen Quanten-Technologie-Initiativen, darunter das Finnish Quantum Flagship und das Academy of Finland Centre of Excellence in Quantum Technology. Um künftige Durchbrüche zu beschleunigen, hat die QCD-Gruppe Stellen für eine/n leitende/n wissenschaftliche/n Mitarbeiter/in und zwei Postdoktorand/innen ausgeschrieben.