Quantencomputing hat sich in den letzten Jahren als eines der vielversprechendsten Forschungsgebiete erwiesen, das die Informationsverarbeitung revolutionieren könnte. Im Mittelpunkt dieser Technologie stehen Quantenbits, auch Qubits genannt, die durch ihre Fähigkeit zur Überlagerung mehrere Zustände gleichzeitig annehmen können. Während klassische Computer Informationen in Bits speichern, die nur die Zustände 0 oder 1 repräsentieren, können Qubits sich in einem Zustand der Superposition befinden und somit die Rechenleistung erheblich steigern. [uni-kiel.de] berichtet, dass zwei Qubits in der Lage sind, gleichzeitig alle vier Kombinationen (00, 01, 10, 11) darzustellen.
Einer der zentralen Herausforderungen im Quantencomputing ist die Dekohärenz, ein Prozess, der die Stabilität dieser Quantenüberlagerungen beeinträchtigt. Prof. Dr. Nahid Talebi von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel erklärt, dass Kühlung, um Störungen zu minimieren, zwar hilfreich, jedoch aufwändig und kostspielig ist. Aktuelle Forschungen konzentrieren sich auf neue Materialien, die stabile Quantenbits bei höheren Temperaturen ermöglichen können.
Hexagonales Bornitrid als neues Material
Eine neue Studie, die am 8. März 2025 in Nature Communications veröffentlicht wurde, untersucht hexagonales Bornitrid (hBN) als vielversprechendes Material für Quanteninformationsanwendungen. Farbzentren im Bornitrid können Licht emittieren und als Qubits fungieren. Allerdings ist die Kohärenz dieser Farbzentren instabil. Die Forschungsarbeit, die am 14. Januar 2025 eingereicht und am 10. Februar 2025 überarbeitet wurde, trägt den Titel „Decoherence time of the ground state spin of $V_{B}$ centers in hexagonal boron nitride“ und wurde von Fatemeh Tarighi Tabesh und ihren Co-Autoren verfasst. Die Ergebnisse zeigen, dass die Hahn-Echo-Kohärenzzeit des $V_{B}$-Elektronenspins bei Raumtemperatur etwa 30 µs beträgt, was einen Fortschritt im Verständnis der Dekohärenz von Defekten in hBN darstellt und die Basis für praktische Anwendungen in Quanten-Technologien legt. [arxiv.org]
Ein weiterer relevanter Aspekt dieser Forschung ist die neue Methode, die es ermöglicht, Defekte im Bornitrid gezielt in einen Überlagerungszustand zu bringen und diese einzeln auszulesen. Hierbei wird eine elektronengetriebene Photonenquelle verwendet, um Lichtblitze zu erzeugen, die Defekte in den Überlagerungszustand bringen. Diese Lichtblitze dauern anderthalb Femtosekunden, sind also ausreichend, um die angestrebten Überlagerungszustände zu erreichen.
Zukunftsperspektiven und Anwendungen
Das Potenzial von Quantencomputing reicht weit über die Grundlagenforschung hinaus. [das-wissen.de] erläutert, dass Fortschritte in diesem Bereich Lösungen für komplexe Probleme bieten können, die für traditionelle Computer unerreichbar sind. Anwendungen könnten unter anderem in den Bereichen der Kryptographie, Materialwissenschaft, Pharmazie und bei komplexen Optimierungsproblemen liegen. Quantenverschränkung, die es Quantenbits ermöglicht, Zustandsänderungen unabhängig von physischer Entfernung vorzunehmen, stellt einen weiteren bedeutenden Vorteil dar.
Unternehmen wie Google, IBM und Honeywell haben bereits bedeutende Fortschritte gemacht und stellen Quantencomputer über Cloud-Plattformen zur Verfügung. Um den potenziellen vollen Nutzen dieser Technologie zu realisieren, ist jedoch interdisziplinäre Zusammenarbeit sowie Investitionen in Forschung und Entwicklung notwendig. Die Herausforderung, die Stabilität von Qubits zu gewährleisten, bleibt ein zentrales Thema, das die weitere Entwicklung des Quantencomputings prägen wird.
