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Theoretisch vorhergesagte Quantenbatterie konstruiert

13.8.2020

Klingt nach «Star Trek», wurde aber jetzt konstruiert: die Quanten-Phasen-Batterie. Sie soll in supraleitenden Quantencomputern Qubits manipulieren.

Im Juni stellten Fachleute aus Spanien und Italien ein Bauteil vor, das bisher nur theoretisch vorhergesagt worden war – und möglicherweise für zukünftige Quantencomputer entscheidend sein könnte. Es erzeugt eine bleibende Phasendifferenz zwischen zwei Punkten in einem supraleitenden Stromkreis, ganz ähnlich, wie eine klassische Batterie in einem normalen Stromkreis eine Spannung erzeugt. Die Quanten-Phasen-Batterie könnte für bestimmte Quantentechnologien eine ähnliche Rolle spielen, ebenso wie ein klassischer Stromkreis nur Dinge tut, wenn eine Spannung anliegt.

Ein Team um Francesco Giazotto vom National Enterprise for nanoScience and nanoTechnology (NEST) in Pisa verwirklichte jetzt die bereits 2014 theoretisch vorhergesagte Technik. Wie das Team in «Nature Nanotechnology» berichtet, besteht die Batterie aus einen Nanodraht aus dem Halbleiter Indiumarsenid (InAs), der mit supraleitenden Kontakten verbunden ist. Die entstehende Veränderung der Wellenfunktion basiert auf dem anomalen Josephson-Effekt. Dabei wirken Spins und Magnetfelder auf den supraleitenden Strom und erzeugen die Phasenverschiebung.

Quantengatter als nächster Schritt

Für Quantentechnologien, die auf Phasenkohärenz basieren, ist eine solche kontrollierte Phasenverschiebung ein entscheidendes Element. Nicht zuletzt für Quantencomputer mit supraleitenden Schaltkreisen. Deren Informationsträger, die Qubits, lassen sich durch solche Phasendifferenzen nicht nur einzeln in verschiedene Zustände schalten, sondern auch zu Quantengattern vereinen, wie zwei Physiker bereits 2010 zeigten.

Diese Quantengatter entsprechen den Logikgattern klassischer Computer. Sie erzeugen aus Eingangssignalen nach bestimmten Regeln Ausgangssignale und vollführen dadurch grundlegende logische Operationen. Ohne diese Fähigkeit kein Computer. Allerdings sind auch andere Anwendungen für derartige Techniken angedacht, so sollen supraleitende Schaltkreise unter anderem hochempfindliche Magnetfeldmessungen ermöglichen. Das Team um Giazotto will nun das Bauteil verbessern, so dass die Phasenverschiebung gezielt einstellbar ist und sich die Batterie einfach in Schaltkreise integrieren lässt.

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