“Suprasolides” Material soll Quantencomputer revolutionieren

Ein internationales Forschungsteam hat ein neues Material vorgestellt, das Quantencomputer kühlen kann. Das Material könnte eine Alternative zum rar werdenden flüssigem Helium sein, das derzeit als Kühlmittel verwendet wird. Quantencomputer müssen fast auf den absoluten Nullpunkt (-273 Grad Celsius oder 0 Kelvin) gebracht werden, um die darin enthaltenen Qubits zu stabilisieren.

Als besonders gutes Kühlmittel eignet sich das Helium-3-Isotop, das in besonders extremen Fällen eingesetzt wird - von Quantencomputern bis hin zur Lagerung von atomaren Sprengköpfen. Um einen Ersatz für Helium-3 zu finden, untersuchten die Wissenschaftler*innen feste Materialien und stießen sie auf ein „suprasolides“ Material auf Kobalt-Basis (Na₂BaCo(PO₄)₂). Obwohl es fest ist, verhält es sich gleichzeitig wie eine Flüssigkeit. 

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Um das Material zu kühlen, legten die Forscher*innen ein Magnetfeld an und reduzierten diese langsam, wodurch auch die Temperatur des Materials langsam absank. Das Phänomen wird auch als magnetokalorischer Effekt bezeichnet. Wie die Forscher*innen feststellten, kühlte sich das Material dabei bis auf weit unter 1 Kelvin (-272,15 °C) ab. 

Potenzial zur Helium-Alternative

Damit ist das Potenzial gegeben, dass das Material als Kühlmittel eingesetzt werden könnte. Allerdings gibt es Einschränkungen. So muss das Material in einer Umgebung verwendet werden, die bereits auf 4 Kelvin (269,15 °C) heruntergekühlt wurde. Die Entdeckung des Materials könnte die Forschung aber weit voranbringen, hofft Sun Peijie, einer der Mitautoren der Studie. Sie wurde im Fachmagazin nature veröffentlicht.

Das Team wurde von Forscher*innen aus China angeführt, die ein großes Interesse daran haben, flüssiges Helium als Kühlmittel zu ersetzen. Aktuell importiert China das seltene Isotop Helium-3 aus Katar, den USA und Australien. Wie die SCMP schreibt, besitzt China selbst kein Helium-3 und ist neben den USA auch auf Russland angewiesen. Ein neues Material könnte dem Staat also Unabhängigkeit bieten. 

Die meisten Quantencomputer nutzen sogenannte Quantenbits (Qubits) für ihre Berechnungen. Diese Qubits sind allerdings sehr instabil und können durch Wärme leicht gestört werden, weshalb es wichtig ist, sie nahe dem absoluten Nullpunkt von 0 Kelvin zu halten. Solche extreme Kühlung kann bislang nur mit einem sogenannten Verdünnungskühler erreicht werden - einer Maschine, die China bislang importieren musste. Erst im vergangenen Oktober soll es dem chinesischen Unternehmen Origin Quantum gelungen sein, erstmals einen eigenen Kühler zu bauen.