DRESDEN / LONDON (IT BOLTWISE) – Ein neuer Oberflächensupraleiter aus Platinbismut (PtBi₂) könnte die Quantencomputing-Technologie revolutionieren. Forschende des IFW Dresden und des Exzellenzclusters ct.qmat haben herausgefunden, dass dieser Supraleiter Majorana-Teilchen erzeugt, die als fehlertolerante Qubits dienen könnten. Diese Entdeckung könnte den Weg für stabilere und effizientere Quantencomputer ebnen.

In der Welt der Supraleitung gibt es eine bemerkenswerte neue Entwicklung: Ein Oberflächensupraleiter aus Platinbismut (PtBi₂) zeigt einzigartige Eigenschaften, die das Potenzial haben, die Quantencomputing-Technologie grundlegend zu verändern. Forschende des IFW Dresden und des Exzellenzclusters ct.qmat haben in einer aktuellen Studie herausgefunden, dass die Elektronen in diesem Material auf eine Weise paaren, die sich von allen bisher bekannten Supraleitern unterscheidet.
Besonders faszinierend ist die Entdeckung von Majorana-Teilchen an den Rändern der supraleitenden Flächen. Diese Teilchen, die schon lange das Interesse der Wissenschaft wecken, könnten als fehlertolerante Qubits in Quantencomputern eingesetzt werden. Majorana-Teilchen sind dafür bekannt, dass sie sich wie ein einzelnes Elektron verhalten, wenn sie paarweise auftreten, jedoch völlig andere Eigenschaften zeigen, wenn sie getrennt sind. Diese Eigenschaft macht sie ideal für das topologische Quantencomputing, das darauf abzielt, stabilere Qubits zu entwickeln.
Die Supraleitung von PtBi₂ wird durch drei wesentliche Eigenschaften charakterisiert. Erstens sind einige Elektronen auf die obere und untere Materialoberfläche beschränkt, was eine topologische Eigenschaft darstellt. Diese Robustheit der topologischen Eigenschaften bedeutet, dass sie nur durch eine Veränderung der Symmetrie des gesamten Materials beeinflusst werden können. Zweitens schließen sich die Oberflächenelektronen bei tiefen Temperaturen zu Paaren zusammen und bewegen sich ohne Widerstand, während die übrigen Elektronen normal bleiben. Drittens zeigen hochauflösende Messungen, dass nicht alle Oberflächenelektronen gleichermaßen Elektronenpaare bilden, was auf eine sechsfache Rotationssymmetrie hinweist.
Diese Entdeckung eröffnet neue Wege zur Erzeugung von Majorana-Teilchen. Laut Prof. Jeroen van den Brink vom IFW Dresden könnten künstlich erzeugte Stufenkanten im Kristall genutzt werden, um gezielt Majorana-Teilchen zu erzeugen. Diese Teilchen könnten dann als Grundlage für die Entwicklung stabilerer Quantencomputer dienen. Die Fähigkeit, die Majorana-Teilchen gezielt zu steuern, könnte die Nutzung von PtBi₂ in der Quantencomputing-Technologie erheblich vorantreiben.
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