26. Mai 2026, von MIN-Dekanat

Foto: UHH/MIN

Ein internationales Forschungsteam unter Leitung einer Forschungsgruppe der Universität Hamburg hat erstmals experimentell nachgewiesen, dass sogenannte Majorana-Zustände in atomar gefertigten magnetischen Atomketten bemerkenswert robust sind. Die Ergebnisse liefern einen experimentellen Beleg für den theoretisch vorhergesagten topologischen Schutz dieser Quantenzustände und eröffnen neue Perspektiven für zukünftige Quantencomputer. Über ihre Ergebnisse berichten die Forschenden in der Fachzeitschrift „Nature Physics“.

Quantencomputer gelten als Schlüsseltechnologie der Zukunft – ihre Entwicklung wird bislang jedoch durch die hohe Fehleranfälligkeit von Quantenbits begrenzt. Quantenbits sind die Recheneinheiten von Quantencomputern und können, im Gegensatz zu konventionellen Computern, gleichzeitig die Zustände 0 und 1 annehmen, wodurch bestimmte Rechenaufgaben deutlich schneller gelöst werden können als mit herkömmlichen Computern.

Das Forschungsteam aus Deutschland, Finnland, Japan und Australien konnte nachweisen, dass die exotischen Quantenzustände selbst bei elektronischer Unordnung des Materials sowie bei vergleichsweise hohen Temperaturen von 4,2 Kelvin stabil bleiben. Dies ist bemerkenswert, da heutige Quantenbits typischerweise Temperaturen unterhalb von 1 Kelvin benötigen und äußerst empfindlich auf strukturelle Defekte reagieren.

Majorana-Zustände gelten seit Jahren als vielversprechende Grundlage für sogenannte topologische Quantencomputer. Diese nutzen spezielle Quantenzustände, die deutlich robuster gegenüber äußeren Störungen und Defekten im Material sein sollen als konventionelle Quantenbits.

Die theoretische Grundlage für Majorana-Teilchen wurde bereits vor mehr als 90 Jahren vom italienischen Physiker Ettore Majorana gelegt. Während ihre Suche in der Hochenergiephysik bis heute andauert, konnten in den vergangenen Jahren in Festkörpersystemen erste Hinweise auf sogenannte Majorana-Quasiteilchen beobachtet werden. Die neuen Ergebnisse aus Hamburg liefern nun einen experimentellen Beleg für deren Robustheit – eine zentrale Voraussetzung für ihren Einsatz in fehlertoleranten Quantencomputern.

„Anders als viele andere Forschungsansätze – etwa in Halbleiter-Supraleiter-Hybridsystemen – untersuchten wir atomar präzis aufgebaute magnetische Atomketten auf supraleitenden Materialien“, sagt Roland Wiesendanger, Professor am Fachbereich Physik der Universität Hamburg und leitender Wissenschaftler des Exzellenzclusters „CUI: Advanced Imaging of Matter“. „Dabei gelangen uns in den vergangenen Jahren sowohl der Nachweis neuartiger topologischer Supraleitungszustände als Voraussetzung für die Existenz von Majorana-Zuständen als auch ein ‚Smoking-gun‘-Experiment zum Nachweis der exotischen Majorana-Quasiteilchen.“

Die nun erschienene Fachpublikation eröffnet neue Perspektiven für die Entwicklung robuster Majorana-Quantenbits und könnte langfristig den Weg zu stabileren Hardware-Architekturen zukünftiger Quantencomputer ebnen.

Abbildung: Atomar präzis gefertigte lineare Kette aus elf magnetischen Eisenatomen auf einem supraleitenden Substrat, aufgenommen mit einem Rastertunnelmikroskop. Unter geeigneten Bedingungen entstehen an den Enden der Kette sogenannte Majorana-Quasiteilchen. Die Studie zeigt erstmals, dass diese Zustände trotz nanoskaliger Unordnung der Oberfläche robust bleiben.