Triplett-Supraleitung und Quanten-Qubits

Die meisten aktuellen Prototypen von Quantencomputern verwenden supraleitende Materialien für die Quantenberechnung, da diese Materialien die Quanteneigenschaften stabiler halten können. Die wichtigste Alternative ist der sogenannte „Ionenfallen-Quantencomputer“.

Bislang haben sich nur Modelle mit gefangenen Ionen als ausreichend zuverlässig erwiesen, allerdings sind sie hinsichtlich der Anzahl der nutzbaren Qubits, die sie enthalten können (das Äquivalent eines Bits in einem herkömmlichen Computer), sehr begrenzt.

Die ideale Option wäre natürlich die Verbesserung supraleitender Materialien, sodass sie für Quantenberechnungen geeignet wären. In diese Richtung wurden bereits einige Anstrengungen unternommen, insbesondere mit Gitterchirurgieund mit langlebigeren QubitsDoch das reicht noch immer nicht aus, um kommerzielle, skalierbare supraleitende Quantencomputer zu entwickeln.

Ein weiteres fortgeschrittenes Gebiet der Informatik ist die Spintronik. Sie nutzt die Quanteneigenschaften von Teilchen, den Spin, anstelle von elektrischen Ladungen wie in der klassischen Elektronik. Quantencomputing und Spintronik sind bisher zwar verwandt, aber nicht direkt miteinander verbunden, da supraleitende Materialien keinen Spin besitzen. Zumindest bis jetzt.

(Mehr über Spintronik erfahren Sie hier.) in unserem Artikel, der dieser Technologie gewidmet ist)

Ein Forscherteam der Norwegischen Universität für Wissenschaft und Technologie und der Universität Salerno (Italien) hat möglicherweise einen Triplett-Supraleiter entdeckt, eine Art von Supraleiter mit einzigartigen Spineigenschaften.

Dieser neuartige supraleitende Materialtyp könnte die Entwicklung supraleitender Quantencomputer revolutionieren. Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse in Physical Review Letters unter dem Titel „Aufdeckung intrinsischer Triplett-Supraleitung in nichtzentrosymmetrischem NbRe durch inverse Spinventil-Effekte".

„Ein Triplett-Supraleiter steht ganz oben auf der Wunschliste vieler Physiker, die auf dem Gebiet der Festkörperphysik arbeiten. Materialien, die Triplett-Supraleiter sind, gelten als eine Art ‚Heiliger Gral‘ der Quantentechnologie und insbesondere des Quantencomputings.“

Professor Jacob Linder – Norwegische Universität für Wissenschaft und Technologie

Unterdessen arbeitet ein weiteres Forscherteam am Niels-Bohr-Institut der Universität Kopenhagen, der Norwegischen Universität für Wissenschaft und Technologie, dem Leidener Institut für fortgeschrittene Informatik (Niederlande), der Chalmers University of Technology (Schweden), der Universität Regensburg (Deutschland) und dem Unternehmen an weiteren Untersuchungen. Quantenmaschinen haben eine Methode zur effizienten Fluktuationserkennung entdeckt, mit der Defekte, ein zentrales Problem supraleitender Materialien, erkannt werden können.

Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse in Physical Review X2 unter dem Titel „Echtzeit-adaptive Verfolgung fluktuierender Relaxationsraten in supraleitenden Qubits".

Triplett-Supraleiter

Zum Scrollen wischen →

Warum es wichtig ist?

Theoretisch könnte Spin ein perfektes Medium für die Übertragung von Quanteninformationen zwischen Qubits und zwischen verschiedenen Quantencomputern sein.

Das Problem ist, dass die Technologie in ihrer jetzigen Form einfach zu instabil und die Informationsübertragung zu komplex ist, um praktisch nutzbar zu sein.

Dies träfe jedoch möglicherweise nicht zu, wenn wir Zugang zu Triplett-Supraleitern erhielten. Denn diese können Spin ohne Energieverlust übertragen, sodass die supraleitenden Teilchen nun Spin mit sich tragen.

„Triplett-Supraleiter ermöglichen eine Reihe ungewöhnlicher physikalischer Phänomene. Diese Phänomene haben wichtige Anwendungen in der Quantentechnologie und der Spintronik.“

Professor Jacob Linder – Norwegische Universität für Wissenschaft und Technologie

Während ein gewöhnlicher Singulett-Supraleiter also Strom widerstandsfrei leiten kann, könnte ein Triplett-Supraleiter auch Spinströme mit absolut null Widerstand transportieren. Folglich könnte ein Quanten- oder Spintronik-Computer extrem schnell arbeiten und dabei nahezu stromlos auskommen!

Niob-Rhenium-Legierung

Die Forscher entdeckten in ihrer Arbeit, dass NbRe, eine Niob-Rhenium-Legierung, ein Verhalten aufweist, das für einen Triplett-Supraleiter charakteristisch ist.

Genauer gesagt, entdeckten sie den „inversen Spinventil-Effekt“, einen Spezialfall von Riesenmagnetowiderstand, eine magnetische Eigenschaft von Mehrschichtmaterialien, deren Entdeckung 2007 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde.

Dies ist an sich kein Beweis dafür, dass NbRe ein Triplett-Supraleiter ist, aber es beweist definitiv, dass er sich nicht so verhält, wie es von einem herkömmlichen Singulett-Supraleiter zu erwarten wäre.

Langfristiges Potenzial

Diese Entdeckung birgt zusätzliches Potenzial, da NbRe in Dünnschichtform leicht erhältlich ist und die Einfachheit der Heterostruktur sie besonders geeignet für eine potenziell skalierbare Plattform für supraleitende Spintronik macht.

Darüber hinaus funktioniert das Material als Supraleiter bei relativ hohen Temperaturen (zumindest für supraleitende Materialien), nämlich nur 7 Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt bei -273.15 °C (−459.67 °F), während die meisten anderen Kandidatenmaterialien nur ein Grad über dem absoluten Nullpunkt benötigen.

Allerdings sind sowohl Niob als auch Rhenium teure und seltene Metalle, sodass sie Quantencomputer nicht direkt billiger machen werden.

Im nächsten Schritt müssen andere Forscher diese Ergebnisse bestätigen und weitere Tests durchführen, die auf Triplett-Supraleitung hindeuten.

Triplett-Supraleiter können auch zur Erzeugung eines sehr exotischen Teilchentyps, des sogenannten „Majorana-Teilchens“, verwendet werden, das sein eigenes Antiteilchen ist. Daher können sie Berechnungen in einem Quantencomputer stabil durchführen.

Wie auch andere Forscher Annäherung an die Nutzung von Majorana-Partikeln und Microsoft hat bereits ein Chip mit Majorana Zero Modes (MZMs)Dies scheint eine zunehmend vielversprechende Richtung für die zukünftige Weiterentwicklung des Quantencomputings zu sein.

Nachweis von Quantenmaterialdefekten

Zu schnelle Änderungen

Die Materialien, in die Qubits eingebettet sind, weisen häufig Defekte auf, die für die Unzuverlässigkeit der Qubits verantwortlich sind. Diese Defekte können räumlich extrem schnell fluktuieren, manchmal hunderte Male pro Sekunde.

Die derzeitige Methode zur Erkennung dieser Defekte, die bis zu einer Minute dauern kann, ist also völlig unzureichend, um sie zu erfassen. Tatsächlich wusste bis jetzt niemand genau, wie schnell dies geschieht.

Stattdessen sind die Forscher gezwungen, eine durchschnittliche Energieverlustrate zu messen, die oft nur ein unvollständiges Bild der tatsächlichen Leistungsfähigkeit des Qubits liefert.

Daher müssen Quantencomputer, die auf Supraleitung basieren, auf viele „Tricks“ zurückgreifen, um ihre Berechnungen überhaupt noch durchführen zu können, selbst wenn das Qubit häufig eine Dekohärenz erleidet, ohne dass der Benutzer dies bemerkt.

Klassische Computer als Hilfsmittel

Um die Fehlererkennung zu beschleunigen, nutzten die Forscher ein Field-Programmable Gate Array (FPGA), einen spezialisierten Controller. Diese spezialisierten Chips sind zwar nicht so flexibel wie die in CPUs oder GPUs verwendeten, aber sie sind hochspezialisiert, bei bestimmten Aufgaben deutlich schneller und verbrauchen weniger Energie.

Indem sie das Experiment direkt auf dem FPGA durchführten, konnten sie anhand von nur wenigen Messungen eine möglichst genaue Schätzung darüber abgeben, wie schnell das Qubit seine Energie verlieren würde.

Dies scheint zwar eine naheliegende Lösung zu sein, doch die korrekte Programmierung des FPGA erwies sich als sehr anspruchsvoll, insbesondere wenn der FPGA etwas flexibel sein muss.

Die von ihnen angewandte Methode besteht darin, dass der Chip sein internes „Wissen“, ein sogenanntes Bayes'sches Modell, nach jeder einzelnen Qubit-Messung aktualisiert.

Quelle: Körperliche Überprüfung X.

Dies ermöglichte es dem System, die Art und Weise, wie es den Zustand des Qubits erlernte, kontinuierlich und möglichst effizient anzupassen.

„Der Controller ermöglicht eine sehr enge Integration von Logik, Messungen und Vorsteuerung: Diese Komponenten haben unser Experiment erst möglich gemacht.“

Außerordentlicher Professor Morten Kjaergaard – Niels Bohr Institut

Hin zu Echtzeitkalibrierung

Bislang musste die Quantencomputerindustrie einfach darauf hoffen, dass ihre Qubits noch funktionierten, und arbeitete intensiv daran, die Wahrscheinlichkeit und Geschwindigkeit der Dekohärenz zu verringern.

Dieser neue Ansatz ebnet jedoch den Weg für Berechnungen, die aktiv zuverlässige Qubits auswählen, selbst bei nicht perfekten Materialien.

„Mithilfe unseres Algorithmus kann die schnelle Steuerungshardware praktisch in Echtzeit feststellen, welches Qubit ‚gut‘ oder ‚schlecht‘ ist. Wir können außerdem innerhalb von Sekunden statt Stunden oder Tagen nützliche Statistiken über die ‚schlechten‘ Qubits sammeln.“

Außerordentlicher Professor Morten Kjaergaard – Niels Bohr Institut

Langfristig wird dies ein neues Forschungsfeld eröffnen, in dem man besser verstehen kann, was ein einzelnes „schlechtes“ Qubit ausmacht, anstatt sich auf Durchschnittswerte und Vermutungen zu verlassen.

Fazit

Wie schon in den Anfängen der Elektronik wird der Fortschritt im Quantencomputing aus einer Vielzahl von Richtungen kommen.

Ein wichtiger Aspekt wird die Herstellung verbesserter supraleitender Materialien sein, die stabilere und langlebigere Qubits ermöglichen. Und vielleicht gleichzeitig auch den Informationstransport in Form eines supraleitenden Spinstroms.

Eine verbesserte Erkennung der Dekohärenz eines gegebenen Qubits könnte unterdessen eine sensor- und softwaregesteuerte Methode liefern, um die Leistung radikal zu verbessern, ohne auf komplexere oder schwer herzustellende Materialien angewiesen zu sein.

Investitionen in Quantencomputer-Innovationen

Microsoft

Microsoft ist zwar vor allem für seine starke Präsenz im Betriebssystembereich mit Windows bekannt, doch auch in vielen anderen Technologiefeldern ist das Unternehmen eine Übermacht.

Beispielsweise ist es führend bei Businesslösungen, darunter Office (Outlook, Word, Excel und PowerPoint), aber auch Firmentelefonie (Teams), gemeinsam genutzter Cloud-Speicher (OneDrive), Visio (Diagramme, Tabellen), Loop (kollaborativer Arbeitsbereich) und Access (Datenbank).

Microsoft ist zwar nicht der führende Anbieter von Cloud-Diensten (dominiert wird er von Amazons AWS), doch über seine Azure-Plattform verfügt das Unternehmen über 20 % der weltweiten Cloud-Infrastruktur. Das entspricht den gemeinsamen Anteilen von Google, Alibaba und Oracle.

Quelle: Statista

Microsoft ist außerdem Eigentümer von LinkedIn, GitHub, Xbox und vielen der weltweit größten Videospielstudios.

Beim Thema KI hat sich Microsoft mehr auf technische Anwendungsfälle und Geschäftsanwendungen als auf Verbraucheranwendungen konzentriert, insbesondere mit der AI4Science-Programm, über KIs, die für die wissenschaftliche Forschung nützlich sind.

Dazu gehört beispielsweise die Beschleunigung der Arbeit von Materialwissenschaftlern bei der Entwicklung neuer Moleküle oder Batterieelektroden durch Eine KI reduzierte 32 Millionen potenzielle Materialien auf 500,000 Kandidaten und dann in weniger als 800 Stunden auf 80.

Quelle: Microsoft

Unternehmen wie Unilever nutzen diese „Generative Chemie“ bereits, um ihre wissenschaftlichen Entdeckungen zu beschleunigen.

Bislang schien Microsoft im Bereich des Quantencomputings im Vergleich zu Google oder IBM hinterherzuhinken. Das Unternehmen bot Cloud-Dienste für Quantencomputing an mit Azure QuantumDer Dienst kann auch anbieten „Hybrid Computing“, bei dem Quantencomputing mit traditionellen cloudbasierten Supercomputerdiensten kombiniert wird.

Quelle: Microsoft

Da Microsoft Anfang 2025 seinen eigenen, auf Majorana-Partikeln basierenden Chip auf den Markt gebracht hatDas Unternehmen hat sich zu einem der weltweit führenden Anbieter im Bereich Quantencomputing entwickelt.

Mit neuen Materialien wie Triplett-Supraleitern oder neuen Möglichkeiten der Echtzeitkalibrierung ist es wahrscheinlich, dass Microsoft in der Lage sein wird, weitere Fortschritte zu erzielen und diese neuen Werkzeuge in seine eigenen Quantencomputer zu integrieren.

(Lesen Sie auch Unser Artikel beleuchtet Microsoft als Ganzes detaillierter um das Unternehmen besser zu verstehen).

Aktuelle Nachrichten und Entwicklungen zur Microsoft-Aktie (MSFT).

Zitierte Studie

^{1. F. Colangelo et al. Aufdeckung intrinsischer Triplett-Supraleitung in nichtzentrosymmetrischem NbRe durch inverse Spinventil-Effekte. Phys. Rev. Lett. 135, 226002 – Veröffentlicht am 25. November 2025. DOI: https://doi.org/10.1103/q1nb-cvh6
2Fabrizio Berritta et al. Echtzeit-adaptive Verfolgung fluktuierender Relaxationsraten in supraleitenden Qubits. Phys. Rev. X 16, 011025 – Veröffentlicht am 13. Februar 2026. DOI: https://doi.org/10.1103/gk1b-stl3}