DIAQ – Diamantmaterial für Raumtemperatur-Quantencomputer

Projektlaufzeit: 1.04.2023 – 1.09.2026

NV-ZentrenSpin-enabling Technologien

Ziel: Wir entwickeln Diamant-Qubit-Systeme für Quantencomputer, die bei Raumtemperatur betrieben werden können.

Dazu erzeugen wir unter kontrollierten Bedingungen künstliche, hochreine, störquellenfreie Diamantschichten. In diesen platzieren wir nanometer-genau einzelne Atome und Stickstoff-Fehlstellen (NV-Zentren), die wir per Spin-Qubit-Analyse charakterisieren. Die Produktion und Charakterisierung erfolgen dabei in eigens dafür entwickelten Anlagen und Systemen an einem zentralen Produktionsstandort. Damit unterstützen wir den Aufbau und die Sicherung einer verlässlichen Lieferkette für Diamant-Quanten-Hardware innerhalb Europas.

Motivation

Quantencomputer auf Basis von NV-Zentren in künstlichen Diamanten sind ein vielversprechender Ansatz für Quantencomputer. Allerdings ist die kontrollierte Herstellung von hochwertigen NV-Zentren noch immer eine Herausforderung. Wir überwinden sie, indem wir Synergieeffekte bei der Diamantherstellung mittels Chemical-Vapour-Deposition-Verfahren (CVD) und der Ionenimplantations-Methode ausnutzen. Auf diese Weise können wir einzelne Atome (und damit NV-Zentren) mit Nanometer-Präzision platzieren. Zur Entwicklung und Fabrikation der künstlichen Diamantschichten kombinieren wir drei Kernelemente an einem gemeinsamen Produktionsstandort: Die Herstellung der dedizierten Diamantschichten, die gezielte Erzeugung der NV- und ¹³C-Kernspin-Qubits und schließlich die Charakterisierung mittels modernster Konfokal-Mikroskope zur Spin-Qubit-Analyse.

Herausforderung

Es gibt zwei große Hürden bei der Produktion von Diamant-Quanten-Hardware: zum einen die Herstellung künstlicher Diamantschichten, die speziellen Anforderungen hinsichtlich der Reinheit und Isotopen-Zusammensetzung genügen müssen, um überhaupt als Basismaterial für die gezielte Erzeugung von Qubits in Frage zu kommen. Zum anderen die reproduzierbare Herstellung von NV-Zentren und abstandsoptimierten ¹³C-Kernspins. Mit unserem ganzheitlichen Fertigungs- und Charakterisierungsprozess ermöglichen wir beides und können so Diamant-Hardware mit NV-Zentren zuverlässig für die Anwendung in Raumtemperatur-Quantencomputern bereitstellen.

Diatope

Diatope wurde im Jahr 2021 gegründet und ist ein Spin-off aus dem Institut für Quantenoptik der Universität Ulm. Das Start-up entwickelt hochreine Diamantschichten für Anwendungen in den Quantentechnologien. Diatope setzt auf die kontrollierte Herstellung atomare Defekte in diesen synthetischen Diamanten. Sie werden mit komplexen Verfahren in speziellen Vakuumanlagen realisiert. Der Fokus von Diatope liegt auf der Optimierung der Quanteneigenschaften dieser Defekte für die Verwendung in der Sensorik sowie in der Quantencomputer-Industrie.

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