Durchbruch: Warum Qubits beim Auslesen plötzlich versagen und wie man es verhindert
Hiltraud Hamann
Durchbruch: Warum Qubits beim Auslesen plötzlich versagen und wie man es verhindert
Eine neue Studie hat aufgeklärt, warum Quantumbits – auch Qubits genannt – in supraleitenden Quantencomputern gelegentlich während des Auslesens versagen. Forscher der Universität Pisa, des Institut Néel in Grenoble, des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Université de Sherbrooke haben herausgefunden, wie diese empfindlichen Systeme in unerwünschte Energiezustände springen können – ähnlich wie Atome, die Elektronen verlieren. Ihre Erkenntnisse, veröffentlicht in Physical Review Letters, ebnen den Weg für zuverlässigere Quantencomputer.
Das Team konzentrierte sich auf Transmon-Qubits, eine gängige Art supraleitender Qubits, und untersuchte, wie Mikrowellenphotonen während der Messung mit ihnen interagieren. Wenn Photonen in den Resonator eintreten, um den Zustand des Qubits auszulesen, kann dieser Prozess das Qubit versehentlich in höhere Energieniveaus drücken. Dieser Effekt erinnert an die Atomionisation, bei der Elektronen durch externe Energie freigesetzt werden.
Durch präzises Überwachen und Neujustieren der Ladungsniveaus in den Transmons stellten die Forscher fest, dass sie diese unerwünschten Sprünge minimieren konnten. Sie testeten verschiedene Photonenzahlen und Ladungskonfigurationen, um die Bedingungen zu ermitteln, unter denen Übergänge am unwahrscheinlichsten waren. Die Ergebnisse stimmten mit jüngsten theoretischen Vorhersagen überein und bestätigten damit das Verständnis der zugrundeliegenden Physik. Besonders wirksam erwies sich die aktive Kalibrierung des Ladungszustands der Qubits. Dieser Ansatz reduzierte Fehler, die durch störende Quantenübergänge verursacht werden, deutlich und verbesserte so die Genauigkeit der Auslesevorgänge. Die Studie legt nahe, dass eine Feinabstimmung dieser Parameter helfen könnte, Störungen in Quantenberechnungen zu vermeiden und die Technologie damit der praktischen Anwendung einen Schritt näherzubringen.
Die Forschung bietet eine konkrete Methode, um die Zuverlässigkeit des Auslesens in supraleitenden Quantencomputern zu erhöhen. Durch die Kontrolle von Photonenzahlen und Ladungsniveaus können Ingenieure nun messungsbedingte Fehler verringern. Solche Fortschritte sind entscheidend für die Entwicklung von Quantensystemen, die komplexe Berechnungen mit größerer Präzision bewältigen können.
