Bayern fördert Jülicher und Würzburger arbeiten am Quantencomputing mit topologischen Isolatoren

Redakteur: Ulrike Ostler

Die Forschungsstandorte Jülich und Würzburg werden gemeinsam Quanten-Phänomene topologischer Materialien und deren Chancen für das Quantencomputing erkunden. Der Freistaat Bayern fördert das Vorhaben mit 13 Millionen Euro.

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Das Bild zeigt eine an der JMU konstruierte Quantenpunkt-Kontaktstruktur aus dem topologischen Isolator Quecksilbertellurid (blau), der mit supraleitenden Elektroden (grün) kontaktiert wird. Mit Hilfe eines elektrostatischen Gates (gelb) wird die Stromleitung über die Engstelle gesteuert. Ähnliche Strukturen sollen künftig verwendet werden, um fundamentale Eigenschaften von topologischen Qubits zu untersuchen.
Das Bild zeigt eine an der JMU konstruierte Quantenpunkt-Kontaktstruktur aus dem topologischen Isolator Quecksilbertellurid (blau), der mit supraleitenden Elektroden (grün) kontaktiert wird. Mit Hilfe eines elektrostatischen Gates (gelb) wird die Stromleitung über die Engstelle gesteuert. Ähnliche Strukturen sollen künftig verwendet werden, um fundamentale Eigenschaften von topologischen Qubits zu untersuchen.
(Bild: Johannes Baumann / Universität Würzburg)

An der Entwicklung von Quantencomputern arbeiten weltweit viele Forschungsgruppen. Wenn derartige Computer einmal praxistauglich sind, hätte das viele Vorteile: Sie würden nur wenig Energie verbrauchen und mit einer extrem schnellen Rechenleistung und einer hohen Datensicherheit aufwarten.

Auf dem Weg dorthin stehen aber noch einige technische Hürden. Nun intensivieren das Forschungszentrum Jülich und die Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg ihre langjährige Kooperation auf diesem Gebiet, die Bereits über zehn Jahre besteht. So hat man unter anderem 2012 das gemeinsame Virtuelle Institut für Topologische Isolatoren (VITI) gegründet.

Auch jetzt setzen die Partner auf die Materialklasse der topologischen Isolatoren. Gemeinsam wollen sie topologische Materialsysteme erforschen und entwickeln, die sich als Bauelemente für Quantencomputer eignen. Ein entsprechender Kooperationsvertrag ist im März dieses Jahres unterzeichnet worden.

Das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie fördert das Projekt „Bausteine für das Quantencomputing auf Basis topologischer Materialien mit experimentellen und theoretischen Ansätzen“ mit rund 13 Millionen Euro. Ministerpräsident Markus Söder hatte diese Investition Ende 2019 als Teil der Hightech Agenda Bayern angekündigt.

Vier Forschungsgruppen beteiligt

Die Fördermittel sollen in vier Forschungsgruppen fließen. Sie werden unter anderem dazu verwendet, um an den beiden Standorten vier Nachwuchsgruppen zu etablieren.

In Jülich sind die Peter Grünberg Institute in der experimentellen Festkörperphysik und der theoretischen Physik involviert. Von der JMU sind die Teams der Professoren Laurens Molenkamp (Experimentalphysik) und Björn Trauzettel (Theoretische Physik) an der Kooperation beteiligt. Beide Teams wollen junge Forschende aus Jülich aufnehmen, die hier ihre eigenen Nachwuchsgruppen aufbauen können. Die Idee dahinter: „Die jungen Leute sollen als eine Art 'menschliche Brücken' die Jülicher Expertisen nach Würzburg tragen und umgekehrt", formuliert Trauzettel.

Die Forschungskooperation kann sich vor einem Umfeld mit zwei thematisch passenden Exzellenzclustern entfalten: „Komplexität und Topologie in Quantenmaterialien ct.qmat“ (Würzburg-Dresden) sowie „Materie und Licht für Quanteninformation ML4Q“ (Köln-Aachen-Bonn-Jülich).

In Jülich ist zudem ein Helmholtz Quanten Center im Aufbau. An der JMU entsteht aktuell ein Neubau für das Institut für topologische Isolatoren (ITI). Voraussichtlich ab Mitte 2021 werden die ersten Forschungsteams nach und nach dort einziehen.

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