Forschungsbereiche

 

Projektleiter: Prof. David DiVincenzo, Prof. Fabian Hassler, Prof. Barbara Terhal, Dr. Gianluigi Catelani

 

Wir untersuchen verschiedene Festkörper-Qubits. Dabei erforschen wir sowohl etablierte Systeme wie Spin-Qubits in zweidimensionalen Elektronengasen und supraleitende Qubits wie Transmon-Qubits, als auch neue Ideen, so zum Beispiel die Enkodierung von Quanteninformation über die Eigenschaften von Festkörperphänomenen wie Majorana-Fermionen oder Nicht-Abelsche Anyonen.

  GaAs-AlGaAs Heterostruktur Urheberrecht: P. Cerfontaine

Spin-Qubits

Die Erforschung von Spin-Qubits in Halbleitern profitiert von unserer engen Zusammenarbeit mit den Gruppen der experimentellen Physik, die Spin-Qubits in Gallium-Arsenid- und Silizium-Germanium-basierenden Heterostrukturen realisieren. Unsere Forschung hat zum Ziel, die Dekohärenz in diesen Systemen zu verstehen und neue Methoden zu entwickeln, Qubits zu enkodieren beziehungsweise miteinander zu koppeln.

  Elektrische Schaltung Urheberrecht: D. DiVincenzo

Supraleitende Qubits und Kavitäten

Unser Hauptinteresse gilt der Erforschung von mit Mikrowellenkavitäten gekoppelten Transmon-Qubits. Diese wurden von der experimentellen Gruppe bei IBM, mit der wir zusammenarbeiten, bereits realisiert. Des Weiteren untersuchen wir, wie das komplizierte elektromagnetische System durch ein Hamiltonsches System modelliert werden kann und erforschen, wie die Kavitäten dazu genutzt werden können, Single- und Multi-Qubit-Messungen und -Gatter zu realisieren. Ebenso widmen wir uns der Entwicklung von Impulsschemata zur Präzisionskontrolle von Qubits.

  Scheme for braiding Majorana fermions Urheberrecht: F. Hassler

Majorana-Qubits und Nicht-Abelsche Anyonen

Wir versuchen zu verstehen, wie man Quanteninformation mithilfe topologischer Eigenschaften von Festkörpersystemen enkodierten kann. Solche Enkodierungen haben den Vorteil, dass die Information – zumindest teilweise – gegen unerwünschte Einflüsse aus der Umgebung geschützt ist.

Eine vielversprechende Möglichkeit ist durch die Verwendung von Majorana-Fermionen gegeben: dies sind Quasipartikel mit speziellen Eigenschaften, die in einigen supraleitenden Systemen vorkommen. Diese Teilchen sind nicht-abelsche Anyonen, was bedeutet, dass die Quanteninformation manipuliert werden kann – so können Gatter beispielsweise durch die Verflechtung von Quasipartikel realisiert werden. Zuletzt haben wir uns auch damit beschäftigt, nicht-Abelsche Anyonen durch konventionelle Quantenschaltkreise zu „simulieren“.

  Skizze Quantencodes Urheberrecht: D. DiVincenzo

Quantenfehlertoleranz und Fehlerkorrektur

Die Überwindung der Auswirkungen der Dekohärenz durch effektive Fehlerkorrekturschemata ist einer der wesentlichen Herausforderungen der Quantenberechnung. Wir untersuchen verschiedene Aspekte der Quantenfehlerkorrektur, die von der theoretischen Analyse verschiedener Klassen von Codes und Modellen für Quantencomputer bis hin zu deren möglichen physikalischen Implementierungen reichen, insbesondere im Zusammenhang mit der Schaltkreis QED.