Abo
  • Services:
Anzeige
Fehlstellen im Diamanten unter dem Laser-Scan-Mikroskop
Fehlstellen im Diamanten unter dem Laser-Scan-Mikroskop (Bild: F.J. Heremans und D. Awschalom/U. Chicago und K. Ohno/UCSB)

Quantencomputer: Quantenrechnen mit Diamanten

Fehlstellen im Kristallgitter von Diamanten wären hervorragende Kandidaten für Quantencomputer. Forscher zeigen, wie sich diese besser platzieren lassen.

Anzeige

Diamanten sind auch der Physiker beste Freunde. Nicht wegen ihres schönen Äußeren allerdings, sondern ob ihrer inneren Werte. Nicht die perfekte Gestalt des Kohlenstoff-Kristalls ist für sie spannend, sondern kleinste Abweichungen davon. Ab und zu kommt es nämlich vor, dass sich im Kristallgitter des Diamanten an der Stelle eines Kohlenstoffatoms ein Stickstoffatom befindet. Der Nachbarplatz hingegen ist unbesetzt. In der Fachsprache heißt ein solcher Defekt Nitrogen-Vacancy-Fehlstelle (NV-Defekt) oder auch Stickstoff-Fehlstellen-Zentrum.

  • Schema des Prozesses, der die Fehlstellen im Material erzeugt (Bild: F.J. Heremans und D. Awschalom/U. Chicago und K. Ohno/UCSB)
  • Die Fehlstellen im Diamanten unter dem Laser-Scan-Mikroskop (großes Bild) beziehungsweise unter dem Rasterelektronenmikroskop (Bild: F.J. Heremans und D. Awschalom/U. Chicago und K. Ohno/UCSB)
Schema des Prozesses, der die Fehlstellen im Material erzeugt (Bild: F.J. Heremans und D. Awschalom/U. Chicago und K. Ohno/UCSB)

Seinen besonderen Charme bekommt der NV-Defekt dadurch, dass der Platz des fehlenden Kohlenstoffatoms nicht wirklich leer ist. Stattdessen darf man sich dort ein Elektron vorstellen, das nicht wie die anderen Elektronen der Kohlenstoffatome paarweise (kovalent) gebunden ist. Tatsächlich schwebt das Elektron nicht ruhig an diesem Ort, das verhindert schon die Quantenphysik. Aber da sich Elektronen anders als bei einem Metall auch nicht frei durch das Gitter bewegen können, ist die Vorstellung, genau dort ein freies Elektron zu finden, auch nicht so falsch.

Einzelphotonen-Quelle

Zumindest passt sie zu der Art und Weise, wie Physiker daraus Nutzen schöpfen können. Zum einen ist das Elektronen-Single als Einzelphotonen-Quelle geeignet, wie man sie zur Quanten-Kommunikation braucht. Es ist gar nicht so einfach, mit Sicherheit einzelne Lichtteilchen zu gewinnen. Regt man etwa einen Stoff thermisch an (Prinzip der Glühlampe), können gleichzeitig auch mehrere Photonen austreten. Der NV-Defekt hingegen besitzt so wenige Energieniveaus, dass das Elektron nach dem Aussenden eines Photons erst eine neue Anregung braucht, um ein weiteres Photon aussenden zu können.

Das freie Elektron lässt sich noch auf eine zweite Weise nutzen: für das Quantencomputing. Während man für andere Technologien tiefe Temperaturen (supraleitende Qubits) oder ein Vakuum braucht (Einzelatom-Qubits), liegen die Stickstoff-Fehlstellen bei Zimmertemperatur vor. Als Quantenbit lässt sich dabei der Spin des einzelnen Elektrons verwenden. Der Spin ist für lange Zeit stabil, die Fehlstelle selbst ist winzig klein und ließe sich gut integrieren, eine spezielle Kühlung würde unnötig.

NV-Defekte platzieren

Damit eine derartige Anwendung realistisch wird, müssen sich NV-Defekte allerdings zielgenau platzieren lassen. Das leisten bisherige Verfahren wie die Ionenimplantation nicht in ausreichendem Umfang. In den Applied Physics Letters beschreiben US-Forscher nun eine neue Methode. Während bei der Ionenimplantation durch den Beschuss mit Stickstoff-Atomen gleichzeitig auch die Fehlstellen eingebaut wurden, trennen die Forscher den Vorgang.

Zunächst ließen sie eine extrem dünne, mit Stickstoff versetzte Kristallschicht wachsen. Diese bombardierten sie anschließend über eine Maske mit 12C-Ionen, die die Leerstellen im Gitter erzeugten. In der Kombination aus dünner Schicht (z-Achse) und genauer Maskenpositionierung (x- und y-Achse) gelingt somit eine auf 180 Nanometer zielgenaue Platzierung der NV-Defekte. Dabei blieb der Spin der so erzeugten Einzelelektronen über mehr als 300 Mikrosekunden für die Anwendung im Quantencomputing stabil genug.


eye home zur Startseite



Anzeige

Stellenmarkt
  1. VITRONIC Dr.-Ing. Stein Bildverarbeitungssysteme GmbH, Wiesbaden
  2. VÖLKL SPORTS GMBH & CO. KG, Straubing, Raum Regensburg / Deggendorf
  3. Sonntag & Partner Partnerschaftsgesellschaft mbB, Augsburg
  4. WKM GmbH, München


Anzeige
Top-Angebote
  1. (u. a. Laptops, Werkzeuge, Outdoor-Spielzeug, Grills usw.)
  2. (u. a. Bose Soundlink Mini Bluetooth Speaker II 149,90€, Bose SOUNDSPORT PULSE WIRELESS 174,90€)

Folgen Sie uns
       


  1. ZTE

    Chinas großes 5G-Testprojekt läuft weiter

  2. Ubisoft

    Far Cry 5 bietet Kampf gegen Sekte in und über Montana

  3. Rockstar Games

    Waffenschiebereien in GTA 5

  4. Browser-Games

    Unreal Engine 4.16 unterstützt Wasm und WebGL 2.0

  5. Hasskommentare

    Bundesrat fordert zahlreiche Änderungen an Maas-Gesetz

  6. GVFS

    Windows-Team nutzt fast vollständig Git

  7. Netzneutralität

    Verbraucherschützer wollen Verbot von Stream On der Telekom

  8. Wahlprogramm

    SPD fordert Anzeigepflicht für "relevante Inhalte" im Netz

  9. Funkfrequenzen

    Bundesnetzagentur und Alibaba wollen Produkte sperren

  10. Elektromobilität

    Qualcomm lädt E-Autos während der Fahrt auf



Haben wir etwas übersehen?

E-Mail an news@golem.de


Anzeige
Redmond Campus Building 87: Microsofts Area 51 für Hardware
Redmond Campus Building 87
Microsofts Area 51 für Hardware
  1. Windows on ARM Microsoft erklärt den kommenden x86-Emulator im Detail
  2. Azure Microsoft betreut MySQL und PostgreSQL in der Cloud
  3. Microsoft Azure bekommt eine beeindruckend beängstigende Video-API

3D-Druck bei der Bahn: Mal eben einen Kleiderhaken für 80 Euro drucken
3D-Druck bei der Bahn
Mal eben einen Kleiderhaken für 80 Euro drucken
  1. Bahnchef Richard Lutz Künftig "kein Ticket mehr für die Bahn" notwendig
  2. Flatrate Öffentliches Fahrradleihen kostet 50 Euro im Jahr
  3. Nextbike Berlins neues Fahrradverleihsystem startet

Google I/O: Google verzückt die Entwickler
Google I/O
Google verzückt die Entwickler
  1. Neue Version im Hands On Android TV bekommt eine vernünftige Kanalübersicht
  2. Play Store Google nimmt sich Apps mit schlechten Bewertungen vor
  3. Daydream Standalone-Headsets auf Preisniveau von Vive und Oculus Rift

  1. Re: "Besser sei es, Tarife anzubieten, die ein...

    sundown73 | 20:55

  2. Re: Volumenbegrenzungen abschaffen

    plutoniumsulfat | 20:55

  3. Re: "Wenn die Kosten sich dafür lohnen"

    Stefan99 | 20:53

  4. Re: Ubisoft Trailer...

    MadMonkey | 20:49

  5. Re: 700$ - Ich hätte da eine bessere Lösung...

    Oktavian | 20:48


  1. 17:40

  2. 16:40

  3. 16:29

  4. 16:27

  5. 15:15

  6. 13:35

  7. 13:17

  8. 13:05


  1. Themen
  2. A
  3. B
  4. C
  5. D
  6. E
  7. F
  8. G
  9. H
  10. I
  11. J
  12. K
  13. L
  14. M
  15. N
  16. O
  17. P
  18. Q
  19. R
  20. S
  21. T
  22. U
  23. V
  24. W
  25. X
  26. Y
  27. Z
  28. #
 
    •  / 
    Zum Artikel