Verdrillte supraleitende Diode erreicht 27,6% Effizienz – laut Simulationen passend für Qubits

Forschende der University of Florida, der National Cheng Kung University in Taiwan, der Slowakischen Akademie der Wissenschaften und der State University of New York at Buffalo haben eine supraleitende Diode aus verdrilltem NbSe2 beschrieben, die auf rauschärmere supraleitende Quantenschaltkreise abzielt. Die Arbeit von Han Zhong, Denis Kochan, Igor Žutić und Yingying Wu erschien am 10. Oktober 2026 in Nature Communications. Die Seite der Fachzeitschrift bezeichnet sie als begutachtete, angenommene Forschungsarbeit, die vorab veröffentlicht wird: Die frei zugängliche Fassung ist zitierfähig, kann aber noch bearbeitet werden, bevor die endgültige Version of Record an ihre Stelle tritt.

Das Problem, das das Team angeht: Signale in supraleitenden Schaltkreisen können sich in beide Richtungen ausbreiten. Nach Angaben der Autoren ermöglicht dies, dass Reflexionen und Rückwirkungen Rauschen aus der Umgebung zurück in die kohärenten Teile des Schaltkreises tragen, was die Fidelität senkt. Eine supraleitende Diode ist nichtreziprok, das heißt, sie behandelt die beiden Richtungen unterschiedlich; damit bietet sie eine Möglichkeit, solche Rückstreuung im Schaltkreis selbst zu unterdrücken. Die Autoren merken jedoch an, dass die Effizienz solcher Dioden und ihre Integration in Quantenhardware bislang begrenzt waren.

Für das Experiment baute das Team die Diode aus NbSe2 und betrieb sie in Magnetfeldern, die sowohl in der Ebene des Bauelements als auch senkrecht dazu angelegt wurden. Eine Verdrillung von nur 1° steigerte die Diodeneffizienz im Vergleich zu unberührten Bauelementen ohne Verdrillung auf 27,6%, heißt es im Abstract.

Dieser Wert liegt deutlich unter den idealen 100%. Die Autoren argumentieren, dass dies kein Nachteil sei: Ihre Quantensimulationen deuten darauf hin, dass eine Effizienz in diesem mittleren Bereich im Labor realistisch erreichbar und zugleich die beste Wahl ist, um die Anharmonizität von Qubits zu erhalten und Zwei-Niveau-Systeme zu stabilisieren. Mit anderen Worten: Laut der Arbeit dient die stärkstmögliche Gleichrichtung, also der Einbahneffekt einer Diode, der Quanteninformation nicht automatisch am besten.

Die Autoren stellen dies als neues Designprinzip für die grundlegenden Eigenschaften verdrillter Supraleiter vor, mit stromsparenden Quantenschaltkreisen hoher Fidelität als Ziel. Zu den in der Arbeit genannten Geldgebern zählen die US-amerikanische National Science Foundation, das US-Energieministerium, die Slowakische Akademie der Wissenschaften, die Slowakische Agentur für Forschung und Entwicklung sowie der National Science and Technology Council Taiwans. Die Autoren erklären, dass keine konkurrierenden Interessen bestehen.