Längste Mikrowellen-Quantenverbindung

Zusammenarbeit ist alles – auch in der Quantenwelt. Um in Zukunft leistungsfähige Quantencomputer bauen zu können, wird es nötig sein, mehrere kleinere Quantenrechner zu einer Art Cluster oder lokalem Netzwerk (LAN) zusammenzuschliessen. Da solche Rechner mit quantenmechanischen Überlagerungszuständen arbeiten, welche die logischen Werte «0» und «1» gleichzeitig enthalten, sollten die Verbindungen zwischen ihnen ebenfalls «Quanten-​Verbindungen» sein.

Die mit fünf Metern bisher längste auf Mikrowellen basierende Quantenverbindung steht nun seit Kurzem im Labor von Andreas Wallraff, Professor am Quantum Device Lab der ETH Zürich. Ihre Ergebnisse wollten die Forscher in diesen Tagen auf dem Jahrestreffen der American Physical Society in Denver vorstellen. Wegen der aktuellen Epidemie-​Lage wurde diese Konferenz kurzfristig abgesagt. Stattdessen berichteten die Wissenschaftler nun im Rahmen einer virtuellen Ersatzkonferenz über ihre Resultate.

«Das ist schon ein Meilenstein für uns», erklärt Wallraff, «denn damit können wir zeigen, dass Quanten-​LAN prinzipiell möglich sind. In den nächsten 10 bis 20 Jahren werden Quantencomputer darauf wohl zunehmend angewiesen sein.» Derzeit gibt es  zwar Computer mit einigen Dutzend Quanten-​Bits oder Qubits, aber mehrere Hunderttausend davon lassen sich in den bestehenden Apparaturen kaum unterbringen. Das liegt unter anderem daran, dass auf supraleitenden elektrischen Schwingkreisen basierende Qubits, wie sie in den Quanten-​Chips in Wallraffs Labor (und auch von IBM und Google) benutzt werden, auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt von -​273,15 Grad Celsius abgekühlt werden müssen. Dadurch werden thermische Störungen unterdrückt, die dazu führen würden, dass die Quantenzustände ihren Überlagerungscharakter verlieren – dies wird als Dekohärenz bezeichnet – und damit Fehler in den Quantenrechnungen auftreten.