Ingenieure der Princeton University haben einen entscheidenden Durchbruch in der Entwicklung praktischer Quantencomputer erzielt. Sie entwickelten ein supraleitendes Quantenbit mit einer dreifach längeren Lebensdauer als die bisher beste Version. „Die eigentliche Herausforderung besteht darin, dass die Informationen nach der Erstellung des Quantenbits nicht dauerhaft gespeichert werden können. Dies begrenzt die Entwicklung praktischer Quantencomputer“, so Andrew Hawke, Dekan und Co-Projektleiter der Fakultät für Ingenieurwissenschaften an der Princeton University.

Das Forschungsteam veröffentlichte einen Artikel in *Nature*, in dem es darlegte, dass ihre neuen Qubits länger als eine Millisekunde aktiv sind – dreimal länger als die beste Laborversion und fast 15-mal länger als der Industriestandard für Großprozessoren. Darauf aufbauend entwickelten sie einen voll funktionsfähigen Quantenchip, verifizierten dessen Leistungsfähigkeit und beseitigten wichtige Hindernisse für eine effiziente Fehlerkorrektur und Skalierbarkeit in industriellen Systemen. Dieses neue Qubit-Design ähnelt bereits von Unternehmen wie Google und IBM verwendeten Designs und lässt sich problemlos in bestehende Prozessoren integrieren. Laut Hawke könnte der Austausch in Googles fortschrittlichstem Quantenprozessor Willow die Leistung um das 1000-fache steigern, wobei der Vorteil mit der Systemgröße exponentiell zunimmt.

Die Verlängerung der Lebensdauer (Kohärenzzeit) von Qubits ist für Quantencomputer zur Durchführung komplexer Berechnungen entscheidend, und das Princeton-Qubit stellt den größten Fortschritt in diesem Bereich seit über einem Jahrzehnt dar. Diese Version basiert auf supraleitenden Qubit-Schaltungen, und das Forschungsteam verfolgte bei deren Neuentwicklung einen zweigleisigen Ansatz: Zum einen wurde Tantalmetall verwendet, um Energie in den Schaltkreisen zu sparen, und zum anderen wurde das herkömmliche Saphirsubstrat durch hochwertiges Silizium ersetzt. Sie bewältigten zahlreiche technische Herausforderungen, indem sie Tantal erfolgreich auf Silizium züchteten und dessen kombinatorisches Potenzial erschlossen.

Der neue Tantal-Silizium-Chip übertrifft bestehende Designs und lässt sich einfacher in Serie fertigen. Die Leistung von Quantencomputern hängt von der Gesamtzahl der Qubits und der Anzahl der Operationen ab, die jedes Qubit ausführen kann; robustere Qubits tragen zur Lösung von Skalierbarkeits- und Fehlerkorrekturproblemen bei. Tantal weist weniger Defekte auf, wodurch Energieverluste reduziert werden, während Silizium den größten Teil des verbleibenden Energieverlustproblems löst. Houke bezeichnet diese Arbeit als einen bedeutenden Durchbruch auf dem Weg zum praktischen Quantencomputing; der Austausch des derzeit besten Designs durch das Design der Princeton University würde die Leistung eines hypothetischen 1000-Qubit-Computers um etwa eine Milliarde Mal steigern.

Weitere Informationen: Nathalie de Leon, „Millisekundenlebensdauern und Kohärenzzeiten zweidimensionaler supraleitender Qubits“, *Nature* (2025). Zeitschrifteninformationen: *Nature*