Quantensprung: Neuer Algorithmus löst „unmögliche“ Materialien in Sekunden

Technik, Energie und Einsatz

Laut Assistenzprofessor Jose Lado unterstreicht diese Arbeit zudem eine wachsende Rückkopplungsschleife in der Quantentechnologie. „Diese neuen Quantenalgorithmen können entscheidend die Entwicklung neuer Quantenmaterialien ermöglichen, um neue Paradigmen, wodurch eine produktive Zwei-Wege-Rückkopplung zwischen Quantenmaterialien und Quantencomputern entsteht“, erklärt er.

Tensornetzwerke spielen bei diesem Ansatz eine zentrale Rolle, da sie Funktionen über extrem feine Rechenraster darstellen können. Dies macht sie besonders geeignet für die Analyse großskaliger Quantenmaterialien. Die Ergebnisse könnten zu dissipationsfreien Elektroniken führen, was helfen könnte, die Wärme zu reduzieren.

Das Forschungsteam wurde den Doktoranden Tiago Antão, den Hauptautor der Studie, sowie den QDOC-Doktoranden Yitao Sun und den Forschungsmitarbeiter der Akademie Adolfo Fumega. Ihre Ergebnisse wurden in Physical Review Letters als Editor's Suggestion veröffentlicht, mit dem Titel „Scattered Complexity in Quasicrystals“.

Was die Studie zeigt

Die Studie konzentrierte sich auf topologische Quasicristalle, die ungewöhnliche Quantenexzitationen beherbergen. Diese Exzitationen helfen, die elektrische Leitfähigkeit zu erhalten, indem sie sie vor Rauschen und Interferenzen schützen. Allerdings sind sie ungleichmäßig im Material verteilt, was ihre Analyse erschwert.

Anstatt zu versuchen, die gesamte Struktur direkt zu modellieren, reformulierten die Forscher das Problem mithilfe, die denen der Quantencomputer ähneln. „Quantencomputer arbeiten in exponentiell großen Rechenräumen, daher verwendeten wir eine spezielle Familie, um diese Räume zu kodieren, bekannt als Tensor Networks, um einen Quasicrystal mit über 268 Millionen Stellen zu berechnen.“ „Insbesondere die neue AaltoQ20 und die Finnish Quantum Computing Infrastructure können bei zukünftigen Demonstrationen eine wichtige Rolle spielen“, sagt Lado.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Design und das Verständnis komplexer Quantenmaterialien eine der ersten praktischen Anwendungen könnten. Diese Arbeit verbindet zudem zwei große Forschungsbereiche der Quantenphysik in Finnland: die Materialwissenschaft und die Algorithmenentwicklung.

Technik und Auswirkungen

Referenz: „Tensor Network Method for Real-Space Topology in Quasicrystal Chern Mosaics“ V. C. Antão, Yitao Sun, Adolfo O. Fumega und Jose L. Lado, 13. April 2026, Physical Review Letters. DOI: 10.1103/hhdf-xpwg Die Studie ist Teil ULTRATWISTROICS, der sich auf die Erzeugung topologischer Qubits mittels van der Waals-Materialien konzentriert.

Sie trägt außerdem zum Center of Excellence in Quantum Materials (QMAT) bei, das darauf abzielt, die Quantentechnologien in den kommenden Jahrzehnten voranzutreiben.