In Köln ein Hinweis auf künftige topologische Qubits
· Redaktion BehindLines
In Köln gemessene Quantenzustände liefern neue Unterstützung für einen Ansatz, der künftige Quantencomputer weniger störanfällig machen soll. In einer am 2. November veröffentlichten Mitteilung beschreibt die Universität ein Experiment, dessen mehrere Ergebnisse den theoretischen Vorhersagen folgen. Der angestrebte Übergang zu einer sogenannten topologischen Supraleitung bleibt jedoch noch nachzuweisen: Dieser Vorbehalt bestimmt die Tragweite des Ergebnisses.
Das Team von Yoichi Ando untersuchte einen Josephson-Kontakt, ein Bauelement, in dem zwei Supraleiter durch einen nicht supraleitenden Bereich verbunden sind. Das Zwischenmaterial ist ein topologischer Isolator: Sein Inneres blockiert den Strom, während seine Oberfläche ihn leitet. Die Forscher erkundeten die im Kontakt vorhandenen Zustände mittels Tunnelspektroskopie, indem sie die Phasendifferenz zwischen den beiden Supraleitern variierten.
Ihre Messungen zeigen stark transmittierende Andreev-Zustände, die mit den Wechselwirkungen zwischen Elektronen und Löchern im Bauelement verbunden sind. Sie bleiben bei unterschiedlichen Ladungsträgerdichten bestehen. Unter einem Magnetfeld konzentrieren sie sich außerdem in bestimmten Bereichen des Kontakts. Diese Beobachtungen stimmen mit dem Modell überein, das Liang Fu und Charles Kane 2008 vorgeschlagen haben, sowie mit den Simulationen von Kooperationspartnern der RWTH Aachen.
Der Einsatz geht über die Identifizierung ungewöhnlicher Zustände in einem Material hinaus. Der topologische Ansatz sucht Eigenschaften zu nutzen, die Quanteninformation vor bestimmten lokalen Störungen schützen könnten. Um diese Perspektive zu bewerten, muss man mehrere Schritte unterscheiden: ein erwartetes Verhalten beobachten, das physikalische Regime bestätigen, das es erklärt, und dann nützliche Funktionen für die Speicherung oder Verarbeitung von Information nachweisen. Das angekündigte Experiment beleuchtet den ersten dieser Schritte.
Die nächste Überprüfung betrifft das Schließen und anschließende Wiederöffnen einer Energielücke, eine erwartete Signatur des Regimewechsels. Das Team hält es für nötig, die Auflösung seiner Messungen in Energie und Zeit zu verbessern, um sie zu bestätigen. In Science Advances vorgestellt, liefert diese Arbeit damit eine experimentelle Grundlage, die vertieft werden muss. Sie lässt die entscheidende Frage des tatsächlichen Schutzes der Information offen, von der eine Anwendung auf topologische Qubits abhinge.