Quantencomputer gelten als Rechner der Zukunft, sind bisher aber nur bedingt praktisch einsetzbar. Zum einen sind die Recheneinheiten dieser Quantensysteme, die Qubits, extrem sensibel. Schon kleinste Störungen lassen die quantenphysikalische Überlagerung und Verschränkung der Qubits kollabieren. Zum anderen benötigen heutige Quantencomputer oft komplexe, platzraubende Verkabelungen und Kühlsysteme. Forschende sind daher auf der Suche nach einfacher handhabbaren und kompakteren Systemen.
Spinwellen-Quasiteilchen als Qubits?
Eine solche Alternative könnten sogenannte Festkörperplattformen bieten – magnetische Materialien, in denen sogenannte Magnonen die Rolle der Qubits übernehmen. Diese Quasiteilchen entstehen durch die Bewegung von atomaren Spins im Material und ähneln winzigen Wellen in der Magnetisierung. Weil sich diese Wellenmuster wie Teilchen verhalten können und zudem nur wenige Nanometer klein sein können, gelten sie als mögliche Träger quantenphysikalischer Schaltkreise.
“Magnonen, vor allem im Gigahertz- Frequenzbereich, haben von sich aus ein wellenartiges Quantenverhalten, sind gut manipulierbar und zeigen reiche nichtlineare und nicht-reziproke physikalische Phänomene“, erklären Rostyslav Serha von der Universität Wien und seine Kollegen. Zudem können Magnonen an viele andere Quasiteilchen koppeln, wodurch man sie auch in hybriden Quantensystemen einsetzen könnte.
Der Haken jedoch: Magnonen haben eine extrem kurze Lebensdauer. In bisherigen Systemen zerfallen diese Quasiteilchen innerhalb von wenigen hundert Nanosekunden wieder – das ist viel zu kurz für jede praktische Quantenberechnung.
Bis zu 18 Mikrosekunden lang stabil
Doch jetzt ist den Physikern um Serha ein Durchbruch gelungen: Erstmals gelang es ihnen, Magnonen für bis zu 18 Mikrosekunden stabil zu halten. „Das ist fast hundertmal länger als jeder bislang beobachtete Wert“, erklärt das Team. Mit einer solchen Kohärenzzeit erreichen Magnonen erstmals eine Lebensdauer, die mit den in den meisten Quantencomputern eingesetzten supraleitenden Qubits vergleichbar ist. „Dies positioniert Magnonen als praktisch nutzbare, langlebige Informationsträger für das Festkörper-Quantencomputing“, schreiben die Forschenden.
