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. Fachhochschule Südwestfalen, Iserlohn
  2. Bundeskriminalamt, Wiesbaden
  3. ORBIT Gesellschaft für Applikations- und Informationssysteme mbH, Bonn
  4. Bechtle IT-Systemhaus GmbH, Düsseldorf, Krefeld


Anzeige
Blu-ray-Angebote
  1. (u. a. Hobbit Trilogie Blu-ray 43,89€ und Batman Dark Knight Trilogy Blu-ray 17,99€)
  2. Einzelne Folge für 2,99€ oder ganze Staffel für 19,99€ kaufen (Amazon Video)

Folgen Sie uns
       


  1. Mirai-Nachfolger

    Experten warnen vor "Cyber-Hurrican" durch neues Botnetz

  2. Europol

    EU will "Entschlüsselungsplattform" ausbauen

  3. Krack-Angriff

    AVM liefert erste Updates für Repeater und Powerline

  4. Spieleklassiker

    Mafia digital bei GoG erhältlich

  5. Air-Berlin-Insolvenz

    Bundesbeamte müssen videotelefonieren statt zu fliegen

  6. Fraport

    Autonomer Bus im dichten Verkehr auf dem Flughafen

  7. Mixed Reality

    Microsoft verdoppelt Sichtfeld der Hololens

  8. Nvidia

    Shield TV ohne Controller kostet 200 Euro

  9. Die Woche im Video

    Wegen Krack wie auf Crack!

  10. Windows 10

    Fall Creators Update macht Ryzen schneller



Haben wir etwas übersehen?

E-Mail an news@golem.de


Anzeige
Flettner-Rotoren: Wie Schiffe mit Stahlsegeln Treibstoff sparen
Flettner-Rotoren
Wie Schiffe mit Stahlsegeln Treibstoff sparen
  1. Hyperflight China plant superschnellen Vactrain
  2. Sea Bubbles Tragflächen-Elektroboote kommen nach Paris
  3. Honolulu Strafe für Handynutzung auf der Straße

Cybercrime: Neun Jahre Jagd auf Bayrob
Cybercrime
Neun Jahre Jagd auf Bayrob
  1. Antivirus Symantec will keine Code-Reviews durch Regierungen mehr
  2. Verschlüsselung Google schmeißt Symantec aus Chrome raus
  3. Übernahme Digicert kauft Zertifikatssparte von Symantec

Passwortmanager im Vergleich: Das letzte Passwort, das du dir jemals merken musst
Passwortmanager im Vergleich
Das letzte Passwort, das du dir jemals merken musst
  1. 30.000 US-Dollar Schaden Admin wegen Sabotage nach Kündigung verurteilt
  2. Cyno Sure Prime Passwortcracker nehmen Troy Hunts Hashes auseinander
  3. Passwortmanager Lastpass ab sofort doppelt so teuer

  1. Re: Mikrotik betroffen?

    chuck0r | 23:01

  2. Re: Ich wäre ja mal froh wenn Golem sein...

    divStar | 22:43

  3. Re: Guter Trend auf Golem

    divStar | 22:40

  4. Re: Wo liegt mein Fehler?

    plutoniumsulfat | 22:29

  5. Re: Und ...

    user0345 | 22:22


  1. 14:50

  2. 13:27

  3. 11:25

  4. 17:14

  5. 16:25

  6. 15:34

  7. 13:05

  8. 11:59


  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