Ziel
Wir entwickeln Prozesse zur Oberflächenbearbeitung von Diamant mit atomarer Auflösung. Damit verbessern wir die Qualität von Diamant-Qubit-Systemen für Quantencomputer.
Quantencomputer auf Basis von Stickstoff-Fehlstellen, sogenannte NV-Zentren, haben ein sehr großes Potential. Eine große Herausforderung ist jedoch die noch unzureichende Kontrolle über die Diamantoberfläche. Besonders geätzte oder polierte Oberflächen besitzen Defekte, welche die Qubits empfindlich stören können. In enger Zusammenarbeit mit QCI-Industriepartnern möchten wir am DLR-Innovationszentrum Ulm deswegen neuartige Ätz-, Terminierungs- und Beschichtungsprozesse für Diamantoberflächen entwickeln, die ungewollte Defekte verhindern und den Störeinfluss der Diamantoberfläche auf die Qubits minimieren.
Motivation
Die NV-Zentren-Technologie ermöglicht Quantencomputer, die bei Raumtemperatur funktionieren – was kompakte, mobile Quantencomputer realisierbar macht. Allerdings ist es noch eine Herausforderung, die Qubits von störenden Einflüssen der Diamantoberfläche zu entkoppeln. In enger Zusammenarbeit mit den Industriepartnern am DLR-Innovationszentrum Ulm entwickeln wir daher schonende Prozesstechnologien, die dazu geeignet sind Diamantoberflächen mit atomarer Auflösung zu bearbeiten. Dabei zielen wir darauf ab, die Oberflächen so zu behandeln, dass dadurch eine Verbesserung der Eigenschaften der Qubits erreicht wird. Damit wollen wir einen Beitrag dazu leisten, dass diese Quantencomputer-Technologie noch weiter zur Anwendungsreife gebracht wird, und damit noch leistungsfähigere Quantencomputer gebaut werden können.
Herausforderung
Anders als beispielsweise Metalle, formt Diamant kein natives Oxid. Allerdings kann durch unterschiedlichste Prozesse die oberste Lage von Atomen gezielt mit Fremdatomen verbunden (terminiert) werden. Diese einzelne Atomlage hat immense Einflüsse. Auch oberflächennahe NV-Zentren werden durch diese Terminierung beeinflusst. Mit einer geeigneten Terminierung der Oberfläche kann der Ladungszustand von darunterliegenden NV-Zentren so eingestellt werden, dass diese als Qubit genutzt werden können. Klassische Oberflächenbearbeitungsprozesse, und herkömmliche Plasmaätzprozesse führen inhärent zu Defekten an der Oberfläche. Diese können den Spinzustand von oberflächennahen NV-Zentren empfindlich stören. Daher werden wir innovative, schonende plasmaunterstützte Ätzprozesse entwickeln, die solche störenden Defekte entfernen können und selbst keine erzeugen. Wir stellen uns der Herausforderung homogene, reproduzierbare Prozesse zu entwickeln, die zuverlässig Qubits mit langen Kohärenzzeiten ermöglichen.
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