Met hun superieure eigenschappen kunnen topologische qubits bijdragen aan een doorbraak in de ontwikkeling van een kwantumcomputer die is ontworpen voor universele toepassingen. Tot nu toe is het nog niemand gelukt om zo'n quantumbit, of kortweg qubit, ondubbelzinnig aan te tonen in een laboratorium. Wetenschappers van Forschungszentrum Jülich zijn nu echter een eind op weg om dit te realiseren. Voor het eerst slaagden ze erin een topologische isolator te integreren in een conventionele supergeleidende qubit. Net op tijd voor "World Quantum Day" op 14 april, bereikte hun nieuwe hybride qubit de omslag van het laatste nummer van het tijdschrift Nano Letters .

Quantumcomputers worden gezien als de computers van de toekomst. Met behulp van kwantumeffecten beloven ze oplossingen te bieden voor zeer complexe problemen die niet door conventionele computers in een realistisch tijdsbestek kunnen worden verwerkt. Het wijdverbreide gebruik van dergelijke computers is echter nog ver weg. Huidige kwantumcomputers bevatten over het algemeen maar een klein aantal qubits. Het grootste probleem is dat ze zeer foutgevoelig zijn. Hoe groter het systeem, hoe moeilijker het is om het volledig te isoleren van zijn omgeving.

Veel hoop is daarom gevestigd op een nieuw type kwantumbit:de topologische qubit. Deze aanpak wordt gevolgd door verschillende onderzoeksgroepen en bedrijven zoals Microsoft. Dit type qubit vertoont de bijzondere eigenschap dat het topologisch beschermd is; de bijzondere geometrische structuur van de supergeleiders en hun speciale elektronische materiaaleigenschappen zorgen ervoor dat kwantuminformatie behouden blijft. Topologische qubits worden daarom als bijzonder robuust beschouwd en grotendeels immuun voor externe bronnen van decoherentie. Ze lijken ook snelle schakeltijden mogelijk te maken die vergelijkbaar zijn met die van de conventionele supergeleidende qubits die door Google en IBM worden gebruikt in de huidige kwantumprocessors.

Het is echter nog niet duidelijk of we er ooit in zullen slagen om daadwerkelijk topologische qubits te produceren. Het ontbreekt namelijk nog aan een geschikte materiële basis om zonder twijfel de daarvoor benodigde speciale quasideeltjes experimenteel te genereren. Deze quasideeltjes worden ook wel Majorana-staten genoemd. Tot nu toe konden ze alleen ondubbelzinnig worden aangetoond in theorie, maar niet in experimenten. Hybride qubits, zoals ze nu voor het eerst zijn gebouwd door de onderzoeksgroep onder leiding van Dr. Peter Schüffelgen van het Peter Grünberg Instituut (PGI-9) van Forschungszentrum Jülich, openen nu nieuwe mogelijkheden op dit gebied. Ze bevatten op cruciale punten al topologische materialen. Daarom biedt dit nieuwe type hybride qubit onderzoekers een nieuw experimenteel platform om het gedrag van topologische materialen in zeer gevoelige kwantumcircuits te testen. + Verder verkennen

Direct elektrische eigenschappen meten in ultradunne topologische isolatoren