Physiker vom Forschungszentrum Jülich und dem Karlsruher Institut für Technologie haben eine bahnbrechende Entdeckung über Josephson-Tunnelkontakte gemacht, die entscheidende Komponenten von supraleitenden Quantencomputern sind. Ihre Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass diese Tunnelkontakte komplexer sind als bisher angenommen.
Traditionell wurden diese Tunnelkontakte mit einem einfachen sinusförmigen Modell beschrieben. Die Forscher haben jedoch festgestellt, dass dieses „Standardmodell“ die Verhaltensweise der Josephson-Kontakte, die in Quantenbits verwendet werden, nicht vollständig erklären kann. Ihre Experimente haben gezeigt, dass ein erweitertes Modell, das höhere Harmonische einbezieht, erforderlich ist, um den Tunnelstrom zwischen den Supraleitern genau zu beschreiben.
Als Analogie zur Musik zeigen die Josephson-Tunnelkontakte ähnliche Eigenschaften wie eine angeschlagene Instrumentensaite, die sowohl eine Grundfrequenz als auch harmonische Obertöne erzeugt. Das Vorhandensein dieser Harmonischen führt zu Korrekturen, die die Stabilität von Quantenbits um das Zwei- bis Siebenfache erhöhen können.
Die Forscher haben experimentelle Beweise von verschiedenen Labors weltweit gesammelt, darunter die Universität zu Köln, die Ecole Normale Supérieure in Paris und IBM Quantum in New York, um ihre Ergebnisse zu unterstützen. Diese gemeinsame Anstrengung umfasste mehrere Forschungsteams und Disziplinen, von Experimentatoren über Theoretiker bis hin zu Materialwissenschaftlern.
Diese Entdeckung hat bedeutende Auswirkungen auf das Feld der Quantencomputing. Durch das Verständnis und die Nutzung der Effekte von Josephson-Harmonischen können Forscher daran arbeiten, zuverlässigere und genauere Quantenbits zu entwickeln. Die Reduzierung von Fehlern um bis zu einer Größenordnung bringt uns näher an das ultimative Ziel eines vollständig universellen supraleitenden Quantencomputers.
Die in der Zeitschrift „Nature Physics“ veröffentlichte Studie markiert einen wichtigen Meilenstein in der Entwicklung der Quantencomputertechnologie. Sie unterstreicht die Notwendigkeit, bestehende Modelle zu überdenken und zu verfeinern, um die zugrunde liegenden Komplexitäten von Josephson-Tunnelkontakten aufzudecken. Mit diesem neuen Verständnis können Wissenschaftler wichtige Schritte unternehmen, um das Potenzial des Quantencomputings in verschiedenen Bereichen, einschließlich Kryptographie, Medikamentenentdeckung und Optimierungsproblemen, zu realisieren.
Häufig gestellte Fragen (FAQ):
F: Was haben die Physiker über Josephson-Tunnelkontakte entdeckt?
A: Die Physiker haben herausgefunden, dass Josephson-Tunnelkontakte, die Schlüsselkomponenten von supraleitenden Quantencomputern sind, komplexer sind als bisher angenommen. Sie stellten fest, dass ein einfaches sinusförmiges Modell, das traditionell zur Beschreibung dieser Kontakte verwendet wurde, ihr Verhalten nicht vollständig erklärt. Ein erweitertes Modell, das höhere Harmonische einbezieht, ist für eine genaue Beschreibung des Tunnelstroms zwischen den Supraleitern erforderlich.
F: Welche Analogie wurde verwendet, um die Eigenschaften von Josephson-Tunnelkontakten zu beschreiben?
A: Die Forscher zogen eine Analogie zur Musik und verglichen Josephson-Tunnelkontakte mit Instrumentensaiten. Ähnlich wie eine angeschlagene Saite sowohl eine Grundfrequenz als auch harmonische Obertöne erzeugt, weisen die Kontakte ähnliche Eigenschaften auf, wobei das Vorhandensein dieser Harmonischen das Verhalten des Tunnelstroms beeinflusst.
F: Welche Auswirkungen hat diese Entdeckung auf das Quantencomputing?
A: Diese Entdeckung hat bedeutende Auswirkungen auf das Feld des Quantencomputings. Durch das Verständnis und die Nutzung der Effekte von Josephson-Harmonischen können Forscher daran arbeiten, zuverlässigere und genauere Quantenbits zu entwickeln. Die Reduzierung von Fehlern um bis zu einer Größenordnung bringt uns näher an das ultimative Ziel eines vollständig universellen supraleitenden Quantencomputers.
F: Welche Beweise stützen die Ergebnisse der Forscher?
A: Die Forscher sammelten experimentelle Beweise von verschiedenen Labors weltweit, darunter die Universität zu Köln, die Ecole Normale Supérieure in Paris und IBM Quantum in New York, um ihre Ergebnisse zu unterstützen. Diese gemeinsame Anstrengung umfasste mehrere Forschungsteams und Disziplinen, von Experimentatoren über Theoretiker bis hin zu Materialwissenschaftlern.
F: Wo wurde die Studie veröffentlicht?
A: Die Studie wurde in der Zeitschrift „Nature Physics“ veröffentlicht und markiert einen wichtigen Meilenstein in der Entwicklung der Quantencomputertechnologie.
Definitionen für Schlüsselbegriffe:
– Josephson-Tunnelkontakte: Dies sind entscheidende Komponenten von supraleitenden Quantencomputern, bei denen zwei Supraleiter durch eine dünne isolierende Barriere getrennt sind. Sie ermöglichen den Fluss von supraleitendem Strom über die Barriere.
– Sinusförmiges Modell: Ein einfaches Modell, das traditionell zur Beschreibung des Verhaltens von Josephson-Tunnelkontakten verwendet wird und auf einer sinusförmigen Strom-Phasen-Beziehung basiert.
– Harmonische: Höhere Frequenzkomponenten einer periodischen Welle, die in der Regel Vielfache der Grundfrequenz sind. Im Kontext von Josephson-Tunnelkontakten beeinflusst das Vorhandensein von Harmonischen das Verhalten des Tunnelstroms zwischen den Supraleitern.
– Quantenbits (Qubits): Die grundlegenden Informationseinheiten in einem Quantencomputer, die den klassischen Bits ähneln, aber die Fähigkeit haben, gleichzeitig in mehreren Zuständen zu existieren.
– Nature Physics: Eine wissenschaftliche Zeitschrift, die Artikel über Forschung in allen Bereichen der Physik veröffentlicht.
Vorgeschlagene verwandte Links:
– Website des Forschungszentrums Jülich
– Website des Karlsruher Instituts für Technologie
– Homepage der Zeitschrift Nature Physics
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