Exotische Quantenzustände sind extrem begehrt, da sie Informationen grundlegend anders speichern und verarbeiten als klassische Systeme. Zu ihrer Erzeugung werden Quantensysteme oft periodisch „geschüttelt“. Dabei nehmen sie jedoch meist Energie auf, erhitzen sich und verlieren ihre Struktur – ein großes Hindernis für Quantensimulation und Quantencomputer. Nun ist es internationalen Forschenden gelungen, dieses Aufheizen zu verhindern und stabile, langlebige exotische Zustände zu schaffen.

In einer neuen Studie im Magazin Nature zeigen die Forschenden, dass die unerwünschte Erwärmung durch zufälliges Schütteln eines supraleitenden Quantencomputers mit 78 Qubits drastisch verlangsamt werden kann. Statt die Energie durch völlig unstrukturiertes Schütteln hinzuzufügen, verwenden sie sorgfältig entworfene Muster zufälliger Impulse, die sich im Laufe der Zeit teilweise gegenseitig aufheben.

Durch die direkte Messung der Quantenverschränkung im Prozessor konnte das Team die Entwicklung des Systems über mehr als tausend Zyklen hinweg verfolgen – das geht weit über das hinaus, was heutige klassische Computer simulieren könnten. Die Ergebnisse zeigen, dass selbst Zufälligkeit, wenn sie sorgfältig konstruiert wird, zur Steuerung komplexer Quantensysteme und zur Erforschung neuer Zustände der Materie genutzt werden kann.

Die quantentheoretischen Vorhersagen der nun nachgewiesenen exotischen Systeme wurden während eines Forschungsaufenthalts des damaligen Promotionsstudierenden Hongzheng Zhao an der TUM School of Natural Sciences bei Prof. Johannes Knolle an dessen Professur für Theorie der Quantenmaterie entwickelt. Inzwischen ist Hongzheng Zhao selbst Professor an der Peking Universität.

Der experimentelle Nachweis gelang nun einem Team unter Prof. Heng Fan an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften auf einem hochmodernen „Chuang-tzu 2.0“-Quantenchip mit 78 Quantenteilchen (Qubits). An der Forschungsarbeit waren zudem das Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme Dresden und das Imperial College London beteiligt.

Publikationen

• Zheng-He Liu et al.: “Prethermalization by Random Multipolar Driving on a 78-Qubit Superconducting Processor”, veröffentlicht in Nature, 5 February 2026 https://www.nature.com/articles/s41586-025-09977-x
• Hongzheng Zhao, Florian Mintert, Roderich Moessner, and Johannes Knolle: “Random multipolar driving: tunably slow heating through spectral engineering”, veröffentlicht in Phys. Rev. Lett. 126, 040601 (2021)

Weitere Informationen und Links

• Prof. Johannes Knollev ist auch Mitglied des Exzellenzclusters Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST).
• Quantentechnologie an der TUM

Kontakte zum Artikel

Prof. Dr. Johannes Knolle
Technische Universität München
Professur für Theorie der Quantenmaterie und Nanophysik
TUM School of Natural Sciences
j.knolle@tum.de

Technische Universität München
Corporate Communications Center

Ulrich Meyer
presse@tum.de
Teamwebsite

Originalartikel: https://www.tum.de/aktuelles/alle-meldungen/pressemitteilungen/details/gezieltes-schuetteln-stabilisiert-exotische-quantenzustaende