Im Labor für topologische Materie der Universität zu Köln haben Physiker erstmals direkt Quantenzustände gesehen, die die Theorie bereits im Jahr 2008 vorhergesagt hatte. Das Bauelement – ein Josephson-Kontakt auf der Oberfläche eines topologischen Isolators – zeigte genau jene hochleitenden Andreev-Zustände, die bei der Wechselwirkung von Supraleitung mit topologischen Oberflächenelektronen entstehen sollten.
Das Team unter der Leitung von Professor Yoichi Ando und unter Beteiligung von Dr. Jakob Schluck und Ella Nikodem nutzte die Tunnelspektroskopie. Sie maßen das Spektrum der Zustände innerhalb des Kontakts, indem sie die Phasendifferenz zwischen zwei Supraleitern veränderten und ein Magnetfeld anlegten. Die Ergebnisse stimmten mit den Berechnungen der Gruppe von Fabian Hassler von der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen und mit dem Modell von Liang Fu und Charles Kane überein.
Ein topologischer Isolator leitet Strom nur an der Oberfläche, im Inneren bleibt er ein Isolator. Wenn diese Oberfläche mit einem Supraleiter verbunden wird, entstehen an der Grenze besondere Elektron-Loch-Paare – die Andreev-Zustände. In einem gewöhnlichen Material verhalten sie sich anders als auf einer topologischen Oberfläche: Hier bleiben sie über einen breiten Bereich der Ladungsträgerdichte hochleitend und lokalisieren sich unter dem Einfluss eines Magnetfelds in bestimmten Bereichen des Kontakts.
Diese Beobachtung stärkt die theoretische Grundlage des topologischen Quantenrechnens. In einem solchen System könnten Majorana-Nullmoden Informationen nichtlokal speichern und sie so vor lokalen Störungen und Fehlern schützen. Noch ist der Übergang zur topologischen Supraleitung – das Schließen und erneute Öffnen der Energielücke – nicht nachgewiesen, doch die bereits gewonnenen Daten stimmen mit hoher Genauigkeit mit den Vorhersagen überein.
Die Ergebnisse wurden am 2 November 2026 in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht. Die Forscher betonen: Der nächste Schritt besteht darin, die energetische und zeitliche Auflösung des Experiments zu erhöhen, um den Moment des topologischen Phasenübergangs selbst zu erfassen.
Das reale Experiment in Köln hat gezeigt, dass sich die Oberfläche eines topologischen Isolators genau so verhält, wie es für künftige fehlerresistente Qubits nötig ist, und dies verändert bereits die Landkarte möglicher Wege zu einem praktischen topologischen Quantencomputer.
