Wärme lenken statt blockieren 29.01.2026, 18:00 Uhr

Chaos unter Kontrolle: Forscher kühlen Qubits mit Rauschen

Forschende nutzen gezielt Rauschen, um Quantenchips zu kühlen. Ein neuer Ansatz steuert Wärme auf extrem kleinen Skalen.

Zwei Mikrowellenkanäle fungieren als Wärme- und Kältereservoirs, die durch einen rötlichen bzw. bläulichen Schimmer hervorgehoben werden

Zwei Mikrowellenkanäle fungieren als Wärme- und Kältereservoirs, die durch einen rötlichen bzw. bläulichen Schimmer hervorgehoben werden. Die Wärmereservoirs sind mit einem künstlichen Molekül gekoppelt, das aus zwei Qubits besteht. Kontrolliertes Mikrowellenrauschen (weiße Pfeile) wird über die seitlichen Anschlüsse eingespeist, um den Wärmetransport anzutreiben und zu regulieren.

Foto: Simon Sundelin

Quantencomputer versprechen Lösungen für Probleme, an denen selbst Supercomputer scheitern. Doch bevor sie alltagstauglich werden, steht eine grundlegende Hürde im Weg: Wärme. Schon minimale Störungen reichen aus, um die empfindlichen Quantenzustände zu zerstören. Forschende an der Chalmers University of Technology schlagen nun einen anderen Kurs ein. Sie versuchen nicht mehr, Rauschen vollständig zu unterdrücken. Sie machen es sich zunutze.

Warum Kälte über Erfolg oder Misserfolg entscheidet

Quantenchips auf Basis supraleitender Schaltkreise funktionieren nur bei extrem niedrigen Temperaturen, nahe dem absoluten Nullpunkt bei etwa −273 °C. Erst dann bewegen sich Elektronen ohne elektrischen Widerstand. Qubits können stabile Zustände annehmen.

Das Problem: Mit jedem zusätzlichen Bauteil wächst die Wärmebelastung. Steuerleitungen, Messsignale und Ausleseelektronik bringen Energie ins System. Klassische Kühlsysteme halten zwar den gesamten Chip kalt, stoßen aber an ihre Grenzen, wenn Wärme lokal entsteht.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
RHEINMETALL AG-Firmenlogo
Verstärkung für unsere technischen Projekte im Bereich Engineering und IT (m/w/d) RHEINMETALL AG
deutschlandweit Zum Job 
Landesbetrieb Straßenbau und Verkehr Schleswig-Holstein-Firmenlogo
Bauingenieurin / Bauingenieur (w/m/d) für den Bereich Straßenbau Landesbetrieb Straßenbau und Verkehr Schleswig-Holstein
Kiel, Flensburg, Rendsburg, Itzehoe, Lübeck Zum Job 
HAMBURG WASSER-Firmenlogo
Abteilungsleitung Kläranlage Prozessführung Abwasser (m/w/d) HAMBURG WASSER
Hamburg Zum Job 
Klinikum Leverkusen Service GmbH-Firmenlogo
Mitarbeiter (m/w/d) für das Bauprojektmanagement Klinikum Leverkusen Service GmbH
Leverkusen Zum Job 
Messe Berlin GmbH-Firmenlogo
Teamleiter:in (m/w/d) Einkauf für Bau- und Planungsleistungen Messe Berlin GmbH
Ruhrbahn GmbH-Firmenlogo
Referent (w/m/d) Multiprojektmanagement Ruhrbahn GmbH
Forschungszentrum Jülich GmbH-Firmenlogo
Wissenschaftliche:r Koordinator:in der Graduiertenschule HITEC im Bereich Energie- und Klimaforschung (w/m/d) Forschungszentrum Jülich GmbH
Jülich Zum Job 
Hamburg Wasser-Firmenlogo
Ingenieur Projektleitung Großprojekte Wasserwerke (m/w/d) Hamburg Wasser
Hamburg Zum Job 
Sweco GmbH-Firmenlogo
Teamleitung Verkehr & Wasser (w/m/x) Sweco GmbH
Hannover Zum Job 
Stadtwerke Strausberg GmbH-Firmenlogo
Techniker Stromnetz - Netzkoordination & Digitalisierung (m/w/d) Stadtwerke Strausberg GmbH
Strausberg Zum Job 
Bundesbau Baden-Württemberg-Firmenlogo
Bauingenieur / Architekt / Risikoingenieur (m/w/d) Bundesbau Baden-Württemberg
Freiburg Zum Job 
Staatliches Bauamt Nürnberg-Firmenlogo
Ingenieure (m/w/d) für den Fachbereich Straßenbau Staatliches Bauamt Nürnberg
Nürnberg Zum Job 
Logistik Stahlbau Fischer GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Technischer Vertriebsmitarbeiter (m/w/d) im Stahlbau Logistik Stahlbau Fischer GmbH & Co. KG
Karlsruhe Zum Job 
Ministerium für Schule und Bildung Nordrhein-Westfalen-Firmenlogo
Lehrkraft (m/w/d) Ministerium für Schule und Bildung Nordrhein-Westfalen
Nordrhein-Westfalen Zum Job 
Ministerium für Schule und Bildung Nordrhein-Westfalen-Firmenlogo
Lehrkraft (m/w/d) Ministerium für Schule und Bildung Nordrhein-Westfalen
Nordrhein-Westfalen Zum Job 
GSW Gemeinschaftsstadtwerke GmbH Kamen, Bönen, Bergkamen-Firmenlogo
Planungsingenieur für Rohrnetze (m/w/d) für das Team Planung und Bau im Geschäftsbereich 6 Netze GSW Gemeinschaftsstadtwerke GmbH Kamen, Bönen, Bergkamen
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur (w/m/d) Konstruktiver Ingenieurbau - Außenstelle Hagen Die Autobahn GmbH des Bundes
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur (w/m/d) Straßenplanung und Straßenentwurf - Außenstelle Netphen Die Autobahn GmbH des Bundes
Netphen Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur (w/m/d) konstruktiver Ingenieurbau - Außenstelle Netphen Die Autobahn GmbH des Bundes
Netphen Zum Job 
HIC Consulting GmbH-Firmenlogo
Senior Projektleiter / Ingenieur Fernwärme (m/w/d) HIC Consulting GmbH
Hamburg, Linau Zum Job 

„Viele Quantengeräte sind letztlich durch die Art und Weise begrenzt, wie Energie transportiert und abgeleitet wird. Wenn wir diese Wege verstehen und messen können, können wir Quantengeräte entwickeln, in denen Wärmeflüsse vorhersehbar, kontrollierbar und sogar nützlich sind“, sagt Simon Sundelin, Doktorand an der Chalmers University of Technology und Hauptautor der Studie.

Ein Perspektivwechsel: Rauschen als Werkzeug

Die neue Arbeit, veröffentlicht in Nature Communications, greift eine Idee auf, die Physikerinnen und Physiker seit Jahrzehnten beschäftigt: Brownsche Kühlung. Dahinter steckt der Gedanke, zufällige thermische Schwankungen so zu lenken, dass sie netto kühlen, statt zu stören.

Was lange theoretisch blieb, zeigt das Team nun experimentell. „Physiker spekulieren seit langem über ein Phänomen namens Brownsche Kühlung, also die Idee, dass zufällige thermische Schwankungen genutzt werden könnten, um einen Kühleffekt zu erzielen. Unsere Arbeit stellt die bislang realistischste Umsetzung dieses Konzepts dar“, sagt Simone Gasparinetti, außerordentlicher Professor an der Chalmers University of Technology und leitender Autor der Studie.

Ein künstliches Molekül übernimmt die Arbeit

Im Zentrum des Aufbaus steht ein sogenanntes künstliches Molekül. Es wird im Nanofabrikationslabor hergestellt und besteht aus winzigen supraleitenden Schaltkreisen. In seinem Verhalten ähnelt es echten Molekülen mit klar definierten Energieniveaus.

Zwei Mikrowellenleitungen wirken dabei wie Wärme- und Kältereservoirs. Ein dritter Anschluss speist gezielt Mikrowellenrauschen ein. Dieses Rauschen ist kein Nebeneffekt, sondern der Motor des Systems. Erst durch die zufälligen Signale koppeln sich die beiden Reservoirs. Wärme kann fließen – kontrolliert und messbar.

„Die beiden Mikrowellenkanäle dienen als Wärme- und Kältereservoirs, aber der entscheidende Punkt ist, dass sie nur dann effektiv miteinander verbunden sind, wenn wir kontrollierte Rauschsignale über einen dritten Anschluss einspeisen“, erklärt Sundelin. „Wir konnten extrem kleine Wärmeströme messen, bis hinunter zu Leistungen in der Größenordnung von Attowatt oder 10⁻¹⁸ Watt.“

Um diese Größenordnung einzuordnen: Mit einem solchen Wärmestrom würde sich ein einzelner Wassertropfen erst nach dem Alter des Universums um 1 °C erwärmen.

Mehr als Kühlen: ein flexibles Energiesystem

Der Quantenkühlschrank kann unterschiedlich arbeiten. Je nach Einstellung fungiert er als Kühleinheit, als Wärmekraftmaschine oder als Verstärker für thermische Ströme. Gerade für größere Quantenchips ist das interessant. Denn dort entsteht Wärme oft punktuell, etwa beim Auslesen einzelner Qubits.

„Wir sehen dies als einen wichtigen Schritt zur direkten Steuerung der Wärme innerhalb von Quantenschaltungen, und zwar in einem Maßstab, den herkömmliche Kühlsysteme nicht erreichen können“, sagt Aamir Ali, Forscher an der Chalmers-Universität und Mitautor der Studie.

Hier geht es zur Originalpublikation

Ein Beitrag von:

  • Dominik Hochwarth

    Redakteur beim VDI Verlag. Nach dem Studium absolvierte er eine Ausbildung zum Online-Redakteur, es folgten ein Volontariat und jeweils 10 Jahre als Webtexter für eine Internetagentur und einen Onlineshop. Seit September 2022 schreibt er für ingenieur.de.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.