Forschern gelingt Durchbruch 08. Mai 2024 Von André Weikard Lesezeit: ca. 2 Minuten

Hochreines Silizium geschaffen – Voraussetzung für Quantencomputer

Ein internationales Forscherteam hat erstmals Silizium-28 mit einem Reinheitsgrad von 99,99971 % erzeugt. Das könnte die Rechenleistung von Supercomputern enorm beschleunigen.

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Forscher vermelden einen Durchbruch bei der Grundlagenforschung für die Konstruktion von Quantencomputern.
Foto: PantherMedia / Andriy Popov

Forschern der Universitäten Manchester und Melbourne ist es gelungen, das bislang reinste Siliziumisotop der Welt zu erzeugen. „Damit haben wir es geschafft, das ‚Baumaterial‘ herzustellen, das wir für einen siliziumbasierten Quantenrechner benötigen“, schreibt Team-Senior Richard Curry von der University of Manchester in „Communications Materials“, einer Publikation des Wissenschaftsmagazins nature.

Silizium muss bereinigt werden

„Das Problem ist, dass natürlich vorkommendes Silizium zwar vorwiegend aus dem erwünschten Isotop Silizium-28 besteht, aber auch aus gut 4,5 % Silizium-29“, erläutert Co-Autor David Jamieson von der University of Melbourne. Das noch schwerere und entsprechend für Quanten-Anwendungen schädliche Silizium-30 macht weitere 3 % des Ausgangssiliziums aus. Das internationale Forscherteam hat es nun erstmals geschafft, die beiden Isotope auf einen Anteil von weniger als 0,0002 % zu reduzieren.

„Entscheidender Schritt“ auf dem Weg zum Quantencomputer

Das erreichten die Wissenschaftler, indem sie das natürliche Silizium mit einem konzentrierten Strahl aus Silizium-28 beschossen. „Dies ist ein entscheidender Schritt auf dem Weg zu einer Technologie, die enormes Potenzial für die Menschheit hat“, so Richard Curry.

Unreines Silizium stört Qubits

Quantencomputer operieren mit Qubits, die anders als Bits in bisherigen Computern ein Vielfaches an Zuständen annehmen können. Die Qubits reagieren allerdings auf kleinste Verunreinigungen im Material. Es kann zu Rechenfehlern oder gar zu Datenverlusten kommen. Die Forschergruppe glaubt, dass das von Störisotopen weitgehend bereinigte Material es ermöglichen wird, Qubits über längere Zeiträume stabil zu halten. In alternativen Verfahren gelang das bislang nur für wenige Millisekunden. Für Silizium liegt der bisherige Rekord bei 35 s, allerdings nur für eine geringe Anzahl an Qubits.

Bereits 30 Qubit-Rechner können es mit heutigen Supercomputern aufnehmen

„Jetzt, wo wir extrem reines Silizium-28 erzeugen können, möchten wir als nächsten Schritt demonstrieren, dass wir die Quantenkohärenz auch für viele Qubits gleichzeitig so lange aufrechterhalten können“, so Jamieson. „Wenn dies gelänge, könnte schon ein zuverlässiger Quantencomputer mit 30 Qubits die gängigen Supercomputer in einigen Aufgabenbereichen überflügeln.“ Denkbar werden dann aber auch Quantencomputer, in denen bis zu 1 Mio. Qubits agieren.

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