Festkörper Quantencomputer
Festkörper Quantencomputer
Die Kontrolle von einzelnen Atomen in Festkörpern und deren Wechselwirkungen bietet eine Vielzahl von möglichen Anwendungen in der Quanteninformationsverarbeitung.
Es existiert eine Reihe von Realisierungsansätzen für Festkörperquantensysteme, wie etwa die Manipulation der Kernspins von in Si dotierten P-Atomen nach B. E. Kane oder der Adressierung der Grundzustands-Zeeman-Niveaus mittels Radiofrequenz in einem Nitrogen-Vacancy (NV) Zentrum in Diamant. Letztere zeichnen sich insbesondere durch die Langlebigkeit ihrer Qubits, ihre Photo- und Temperaturstabilität sowie durch die Möglichkeit der optischen Auslese aus.
Die gegenwärtigen Produktionsverfahren genügen jedoch nicht den hohen Anforderungen an die Dotierung, da sie nicht deterministisch sind und die notwendige Auflösung nicht garantieren können. Wir haben daher einen atomaren Nanoassembler entwickelt: Ein neuartiges Gerät, welches es ermöglicht, eine exakt definierte Anzahl von Atomen oder Molekülen in ein Festkörpersubstrat mit einer Präzision im Nanometerbereich bezüglich der Eindringtiefe sowie der lateralen Position zu implantieren. Dieser besteht aus einer linearen segmentierten Paul-Falle, in der Ionen gefangen und mit verschiedenen Verfahren gekühlt werden. Die nun zu einem Coulombkristall formierten Ionen werden aus der Falle herausbeschleunigt und in das Substrat eingebracht.
Im Fokus unserer Forschung steht die Entdeckung und Herstellung von neuartigen Quantenmaterialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften für verschiedenste Applikationen: Quantenrepeater, getriggerte Multiphotonquellen, kalibrierte Einzelphotonquellen, Quanteninformationsschaltkreise sowie Sensoren mit beispielloser Genauigkeit. Ein Schwerpunkt unserer Forschung richtet sich dazu auf die Generierung von NV Zentren in Diamant. Um noch während des Implantationsprozesses die erfolgreiche Erzeugung überwachen zu können ist ein konfokales Mikroskop in die Implantationskammer integriert. Auf diese Weise ist es möglich die Erzeugung von Farbzentren in-situ zu verfolgen.