Supraleitende Schaltkreise sind der am breitesten industriell verfolgte Weg zu einem Quantencomputer, verfolgt unter anderem von IBM, Google, Rigetti und IQM. Im Kern ist ein solcher Schaltkreis ein winziger, auf einem Chip gefertigter Stromkreis, der sich wie ein künstliches Atom verhält. Das zentrale Bauteil ist ein Josephson-Kontakt: zwei supraleitende Metallschichten, getrennt durch eine hauchdünne isolierende Barriere. Cooper-Paare, also Elektronenpaare, die in einem Supraleiter widerstandsfrei fließen, können durch diese Barriere tunneln, ein reiner Quanteneffekt, den es in gewöhnlichen Schaltkreisen nicht gibt. Die Energieniveaus des Kreises verteilen sich dadurch ungleichmäßig, wodurch sich gezielt genau zwei davon als „0“ und „1“ nutzen lassen.
Die heute dominante Bauform heißt Transmon. Dabei schaltet man einen großen Kondensator parallel zum Josephson-Kontakt. Das macht den Schaltkreis deutlich unempfindlicher gegen elektrisches Rauschen, ohne die für ein Qubit nötige Nichtlinearität zu verlieren. Gesteuert und ausgelesen wird das Ganze über Mikrowellenpulse, typischerweise bei 3 bis 6 Gigahertz.
Der Unterschied zu den anderen Bauweisen
Bei supraleitenden Schaltkreisen wird das Qubit selbst gefertigt, lithografisch auf einem Chip, ähnlich wie ein klassischer Prozessor. Ansätze wie Ionenfallen oder Silizium-Spin-Qubits nutzen dagegen ein echtes, in der Natur vorkommendes Teilchen als Träger der Information, ein Ion oder ein einzelnes Elektron. Der Vorteil der supraleitenden Variante: Man kann auf etablierte Chip-Fertigungstechnik zurückgreifen. Der Nachteil: Jeder gefertigte Schaltkreis weicht ein kleines bisschen vom nächsten ab, während zwei Ionen desselben Isotops physikalisch exakt identisch sind. Wie die sechs Bauweisen insgesamt zueinander stehen, steht auf der Vergleichsseite und im Grundlagenartikel Was ist eigentlich ein Qubit?
Vom Laborversuch zum Industriestandard
Die Grundidee ist älter, als man denkt. Bereits Ende der 1990er-Jahre demonstrierte Yasunobu Nakamura in Japan erste supraleitende Qubits, sogenannte Cooper-Pair-Box-Qubits, allerdings mit extrem kurzen Kohärenzzeiten und lange nur als Laborkuriosum. Den entscheidenden Durchbruch brachte zwischen 2007 und 2009 ein Team an der Yale University: Jens Koch, Terri Yu, Jay Gambetta, Andrew Houck, Robert Schoelkopf und Michel Devoret entwickelten gemeinsam mit Kollegen der Université de Sherbrooke den Transmon, benannt nach „transmission line shunted plasma oscillation qubit“. Der entscheidende Trick, ein großer, parallelgeschalteter Kondensator, unterdrückt Ladungsrauschen exponentiell und stabilisiert die Qubit-Frequenz. Seither ist der Transmon die mit Abstand meistgenutzte Bauform supraleitender Qubits weltweit.
In den 2010er-Jahren bauten IBM und Google jeweils eigene Forschungsprogramme rund um Transmon-Chips auf. IBM öffnete 2016 mit „IBM Quantum Experience“ als erstes Unternehmen einen supraleitenden Quantenchip für die öffentliche Cloud-Nutzung, ein früher Schritt, der den Ansatz auch außerhalb der Forschung sichtbar machte.
Schnelle Gatter, hoher Kühlaufwand
Supraleitende Schaltkreise punkten mit sehr schnellen Gatteroperationen, Nanosekunden statt der Mikrosekunden, die Ionenfallen brauchen. Die Fertigung lehnt sich eng an etablierte Halbleitertechnik an, was die Skalierung über Lithografie grundsätzlich erleichtert. Und der Ansatz hat das größte industrielle Umfeld aller sechs Bauweisen, entsprechend die meiste praktische Erfahrung mit größeren Systemen.
Die Kehrseite beginnt bei der Kälte. Supraleitende Schaltkreise müssen auf wenige Millikelvin gekühlt werden, typischerweise unter 20 Millikelvin, also nur ein Hundertstel Grad über dem absoluten Nullpunkt, mit einem sogenannten Verdünnungskühlschrank. Schon geringste thermische Anregung würde die Supraleitung stören und das Qubit aus seinem Grundzustand bringen, dazu kommen Störungen durch Wärmestrahlung und elektromagnetisches Rauschen aus der Umgebung. Deshalb laufen die Zuleitungen durch mehrere gestufte Kältestufen, typisch 40 Kelvin, 4 Kelvin, 0,7 Kelvin, 0,1 Kelvin und 0,01 Kelvin, mit Dämpfungsgliedern und Filtern gegen einstreuendes Rauschen aus der raumtemperaturseitigen Elektronik.
Im Vergleich zu Ionenfallen sind die Kohärenzzeiten kürzer, also die Zeit, die ein Qubit seinen Zustand hält, bevor er zerfällt. Dazu kommt eine feste, gitterartige Konnektivität: Ein Qubit ist nur mit seinen unmittelbaren Nachbarn im Chip-Layout verbunden, nicht mit jedem beliebigen anderen Qubit, anders als bei Ionenfallen mit ihrer All-to-all-Verschränkung. Und schließlich die Fertigungsstreuung: Jeder Chip weicht leicht vom nächsten ab, unterschiedliche Frequenzen, unterschiedliche Fehlerraten pro Qubit, während zwei Ionen desselben Isotops physikalisch identisch sind.
Die Chips im Jahr 2026
IBMs aktuelles Flaggschiff Nighthawk hat 120 Qubits und 218 Kopplungen im quadratischen Gitter, mit dem erklärten Fokus auf möglichst viele ausführbare Zwei-Qubit-Gatter statt auf die reine Qubit-Zahl. Googles Willow kommt mit 105 Qubits deutlich kleiner daher, gilt aber als einer der wichtigsten Durchbrüche der letzten Jahre, weil damit erstmals gezeigt werden konnte, dass Fehlerraten mit mehr Qubits tatsächlich sinken statt nur zu wachsen. Rigetti setzt mit Ankaa-3 (84 Qubits) und seit April 2026 mit Cepheus-1-108Q (108 Qubits) auf eine modulare Chiplet-Architektur. IQM ist seit 2026 an der Nasdaq notiert (Ticker IQMX), hat 26 Systeme verkauft und 17 ausgeliefert, darunter die erste US-Lieferung ans Oak Ridge National Laboratory. Zahlen, Preise und weitere Einordnung zu allen vier Anbietern gibt es in der Hersteller-Übersicht und auf der Vergleichsseite.
Fazit
Supraleitende Schaltkreise sind künstlich gefertigte, extrem kalte Stromkreise, die sich dank Josephson-Kontakt und Cooper-Paaren wie Atome verhalten. Die Transmon-Bauform von 2007/2009 machte sie erstmals praktikabel, seither ist der Ansatz der industriell am weitesten verbreitete überhaupt, verfolgt von IBM, Google, Rigetti und IQM. Der Preis für die schnellen Gatter und die Nähe zur Chipindustrie: aufwendige Kühlung auf wenige Millikelvin, eine feste Gitter-Konnektivität und spürbare Fertigungsstreuung von Chip zu Chip.
Quellen und weiterführende Links: Yale Physics: Yale’s quantum computing journey – 20 years and counting · Transmon-Originalpaper (arXiv:cond-mat/0703002) · Engineering cryogenic setups for 100-qubit scale superconducting circuit systems (arXiv:1806.07862) · Millisecond coherence in a superconducting qubit (arXiv:2103.08578) · Wikipedia: Superconducting quantum computing · IBM Newsroom: Nighthawk und Loon (12.11.2025) · Google-Blog: Meet Willow · Rigetti Pressemitteilung Ankaa-3 · The Quantum Insider: IQM H1-2026-Ergebnisse