Der Physik-Nobelpreis des „Quantenjahres” 2025 würdigt die Leistungen von John Clarke, Michel H. Devoret und John M. Martinis auf dem Gebiet der makroskopischen Quantenphänomene und feiert das hundertjährige Jubiläum der Quantenmechanik. Durch die Realisierung quantisierter elektrischer Schaltkreise wurden unter anderem supraleitende Qubits ermöglicht, die eine Schlüsseltechnologie für Quantencomputer darstellen.
Typischerweise sind Quanteneffekte wie das Tunneln durch klassisch unüberwindbare Barrieren nur auf extrem kleinen Skalen beobachtbar. Dadurch sind Zustände wie Superpositionen möglich, in denen mikroskopische Teilchen auf beiden Seiten einer Barriere existieren können. Den ausgezeichneten Forschern ist es in den 1970er Jahren an der Universität von Kalifornien in Berkeley gelungen, diesen Tunneleffekt auch auf makroskopischen Skalen nachzuweisen und Superpositionen zu erzeugen, die auf dem Tunneln durch Josephson-Kontakte basieren. Dabei handelt es sich um extrem dünne Isolatoren in supraleitenden elektrischen Schaltkreisen.
Mit dieser Entdeckung wurde der Grundstein dafür gelegt, Quantensysteme nicht nur zu vermessen, sondern sie gezielt in Laboren zu entwerfen, zu fertigen und zu kontrollieren. Seit den frühen 2000er-Jahren wurden supraleitende Qubits auf Basis von Josephson-Kontakten entwickelt, die zwei stabile Quantenzustände ermöglichen. Zwar waren sie anfangs stark störanfällig, doch es gelang, die Dekohärenzzeiten erheblich zu verlängern und die Steuerung und Auslese zu verbessern.
Ein Meilenstein war die jüngste Demonstration von fehlerkorrigierten Quantenprozessoren. Dabei wurde eindrucksvoll gezeigt, dass sich die Qualität von Quantencomputern durch eine Skalierung des Systems verbessert. Mit ausreichend großen Systemen könnten in Zukunft relevante chemische Simulationen, Materialforschung oder Optimierungsaufgaben ausgeführt werden. Das Munich Quantum Valley treibt diese Forschung auch in Deutschland aktiv voran. Hier bündeln Universitäten und Forschungsinstitute wie die Technische Universität München, das Walther-Meißner-Institut der Bayerischen Akademie der Wissenschaften und das Fraunhofer-Institut EMFT gemeinsam mit Industriepartnern ihre Kompetenzen, um supraleitende Qubits weiterzuentwickeln – von der Materialforschung bis hin zur Systemintegration.