PSI sucht neuen Weg in der Qubit-Forschung

17. Januar 2024 09:22

Villigen AG - Forschende am Paul Scherrer Institut (PSI) haben einen neuen Schritt zur Entwicklung langlebiger Qubits begangen. Dabei setzen sie auf Anreicherung eines Yttrium-Lithium-Fluorids mit Terbium, einem Metall der Seltenen Erden.

Qubits stellen die Grundlage für künftige Quantencomputer dar, wie Bits für herkömmliche Computer. Bisherige Forschungen zum Herstellen von Qubits setzten auf Reinheit des Ausgangsmaterials in hochverdünnten Lösungen. Das dabei auftretende Problem bestand darin, dass entstehende Qubits ihre Kohärenz und damit ihre Quanteninformationen verlieren. Forschende des Paul Scherrer Instituts (PSI) und der Eidgenössischen Technischen Hochschulen Zürich (ETH) und Lausanne Zürich (EPFL) haben laut einer Medienmitteilung des PSI einen neuen Ansatz gefunden, wie Qubits mit langer Lebensdauer in einer unübersichtlichen Umgebung existieren können.

Im Experiment stellten sie Festkörper-Qubits aus dem Seltene-Erden-Metall Terbium her, die in Kristalle aus Yttrium-Lithium-Fluorid dotiert wurden. Sie zeigten, dass diese so gepackten Qubits eine viel längere Kohärenz aufwiesen, als man normalerweise in einem so dichten System erwarten würde. Als Ursache dafür sahen sie, dass Terbium-Ionen Paare bildeten, die geringer mit ihrer Umgebung reagierten und somit stabil blieben. Um die Qubits noch weiter von ihrer Umgebung abzuschirmen, legten die Forscher ein Magnetfeld an das Material an, das so abgestimmt war, dass die Wirkung des Kernspins des Terbiums in den Paaren genau aufgehoben wurde. Die Forschenden stiessen auf das Phänomen der Terbium-Ionen-Paare mittels Analyse durch Mikrowellenspektroskopie. Sie nutzten diese Wellen auch zum Manipulieren der Qubits. Des Weiteren gehen sie davon aus, dass die Qubits auch mit optischem Laserlicht manipulierbar wären.

Die Beobachtung von Terbium-Ionen-Paaren zeigte sich als die richtige Materialauswahl, um langlebige Qubits zu erzeugen, zeigt sich Gabriel Aeppli, Leiter der Photon Science Division am PSI, laut der Mitteilung überzeugt. ce/ww

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