Neuartiger Prozess zur Strukturierung von Quantenmaterialien

Wenn man Quantenmaterialien in Computerchips implementiert, ermöglicht dies den Zugang zu grundlegend neuen Technologien. Um leistungsfähige und fehlerresistente Quantencomputer zu bauen, kann man beispielsweise topologische Isolatoren mit Supraleitern kombinieren. Dieser Prozessschritt ist mit einigen Herausforderungen verbunden, die nun von Forschern aus Jülich gelöst wurden. Ihre Ergebnisse werden in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift "Nature Nanotechnology" vorgestellt.

Schon die alten Inka nutzten bei ihrer antiken Schrift „Quipu“ Knoten in Kordeln, um Informationen zu kodieren und zu speichern. Der Vorteil: Anders als Tinte auf einem Blatt Papier ist die Information, die in den Knoten gespeichert ist, robust gegen äußere zerstörerische Einflüsse, wie zum Beispiel Wasser. Auch neuartige Quantencomputer sollen Informationen robust in Form von Knoten speichern können. Dafür wird allerdings keine Kordel verknotet, sondern sogenannte Quasiteilchen in Raum und Zeit.

Was man dafür braucht, um solch eine Quanten-Knoten-Maschine zu bauen, sind neue Materialien, sogenannte Quantenmaterialien. Experten sprechen von topologischen Isolatoren und Supraleitern. Die Verarbeitung dieser Materialien zu Bauteilen für Quantencomputer ist dabei eine Herausforderung an sich; vor allem, weil topologische Isolatoren sehr luftempfindlich sind.

Unter der Beteiligung von JARA-FIT Wissenschaftler Prof. Detlev Grützmacher, Leiter des Peter Grünberg Instituts, Halbleiter-Nanoelektronik (PGI-9), haben Forscher in Jülich nun einen neuartigen Prozess entwickelt, der es ermöglicht, Quantenmaterialien zu strukturieren, ohne dass diese während der Prozessierung der Luft ausgesetzt werden. Der sogenannte „Jülich Prozess“ erlaubt es dabei, Supraleiter und topologische Isolatoren im Ultrahochvakuum zu kombinieren und so komplexe Bauteile zu fertigen.

Erste Messungen in ihren Proben zeigen Hinweise auf Majorana-Zustände. "Majoranas" sind exakt die verheißungsvollen Quasiteilchen, die in den gezeigten Netzwerken aus topologischen Isolatoren und Supraleitern verknotet werden sollen, um robustes Quantencomputing zu ermöglichen. In einem nächsten Schritt werden die Forscher des Peter-Grünberg-Instituts, zusammen mit ihren Kollegen aus Aachen, den Niederlanden und China, ihre Netzwerke mit Auslese- und Steuerelektronik versehen, um die Quantenmaterialien für die Anwendung zugänglich zu machen.

Eine Pressemitteilung des Forschungszentrums Jülich

Die Originalveröffentlichung steht auf der Website der Fachzeitschrift nature communications zur Verfügung.