(openPR) Das «WSS-Forschungszentrum für molekulare Quantensysteme» beschäftigt sich mit einer zukunftsweisenden Technologie, die den Grundstein für zuverlässige und leistungsstarke Quantencomputer legen soll. Dabei geht es um sogenannte topologische Quantenbits (Qubits) – Rechenelemente von Quantencomputern, die Informationen nach den Regeln der Quantenmechanik speichern und verarbeiten können. Diese Qubits sind besonders robust gegen Störungen und könnten eine neue Ära in der Datenverarbeitung einleiten.
Im Mittelpunkt steht die Nutzung von Materialien, die supraleitende Eigenschaften besitzen. In Supraleitern kann Strom ohne Widerstand fliessen, wodurch keine Energie verloren geht. Durch die Verbindung von supraleitenden Materialien mit speziellen molekularen Strukturen wollen die Forschenden langlebige und zuverlässige Qubits entwickeln, die schneller und effizienter arbeiten als bisherige Technologien.
Ein besonderes Merkmal dieses neuen Konzepts ist der sogenannte topologische Schutz. Das bedeutet, dass die Qubits durch ihre spezielle Struktur vor äusseren Einflüssen wie Störungen oder Defekten geschützt sind. Dadurch bleiben die gewünschten Quantenzustände auch unter schwierigen Bedingungen stabil, und es lassen sich mehr Rechenoperationen ausführen, bevor ein Fehler auftritt.
«Unser Ziel ist es, erstmals supraleitende Qubits mittels topologischer Supraleiter zu realisieren. Dabei verfolgen wir einen neuartigen Ansatz, der nicht einfach eine bestehende Technologie weiterentwickelt», sagt Prof. Dr. Ernst Meyer, Physikprofessor an der Universität Basel und Leiter des WSS-Forschungszentrums. «Zudem zeichnet sich unser Vorhaben durch seinen interdisziplinären Charakter aus: Physik und Chemie sowie Theorie und Experiment werden wir eng miteinander verbinden.»
Im Rahmen des WSS-Forschungszentrums werden mit chemischen Methoden neuartige Moleküle mit ganz bestimmten Eigenschaften synthetisiert, die sich für die Beschichtung eines Supraleiters eignen und sich zu Qubits formieren lassen. Durch Manipulationen mit elektromagnetischen Feldern können diese Qubits miteinander wechselwirken und logische Rechenoperationen ausführen.
Ein weiterer wichtiger Pfeiler des Projekts ist der Vergleich theoretischer Modelle mit Experimenten bei extrem niedrigen Temperaturen. Davon versprechen sich die Forschenden ein besseres Verständnis, wie sich die synthetisierten Moleküle mit den Supraleitern verbinden und welche Eigenschaften daraus hervorgehen.
Mit ihrem interdisziplinären Ansatz wollen die Forschenden des neuen WSS-Forschungszentrums die Grundlagen für Quantencomputer schaffen, die weniger fehleranfällig sind und im Nanometerbereich funktionieren – ideale Voraussetzungen für die industrielle Skalierung und die Integration in elektronische Komponenten. Langfristig könnte diese Forschung dazu beitragen, Quantencomputer zu bauen, die komplexe Probleme wie Klimamodellierung oder medizinische Simulationen lösen können. Gleichzeitig leistet das Projekt einen wichtigen Beitrag zu einer nachhaltigeren Nutzung von Energie in der Informationsverarbeitung.
Die Werner Siemens-Stiftung (WSS) mit Sitz in Zug stattet das Zentrum mit 15 Millionen Franken aus, verteilt auf elf Jahre. «Es gibt in der Forschung diverse Ansätze, um Quantencomputer zu entwickeln», sagt Dr. Hubert Keiber, der Obmann des Stiftungsrats der Werner Siemens-Stiftung. «Uns hat der innovative Ansatz überzeugt, Chemie und Physik zu verbinden, um sehr stabile Quantenbits zu erzeugen.»
Am neuen WSS-Forschungszentrum für molekulare Quantensysteme beteiligen sich Forschungsgruppen der experimentellen und theoretischen Physik der Universität Basel, des Departements für Chemie, Biochemie und Pharmazie der Universität Bern sowie des Fachbereichs Chemie und Physik der Materialien der Universität Salzburg. Geleitet wird es von den Experimentalphysikern Prof. Dr. Ernst Meyer (Direktor) und Prof. Dr. Dominik Zumbühl (Co-Direktor) vom Departement Physik der Universität Basel.
wissenschaftliche Ansprechpartner: Prof. Dr. Ernst Meyer, Universität Basel, Departement Physik, Tel. +41 61 207 37 24, E-Mail:
PD Dr. Shi-Xia Liu, Universität Bern, Departement für Chemie, Biochemie und Pharmazie, Tel. +41 31 684 33 97, E-Mail:
