StarQ – Surface Treatment at Atomic Resolution for Quantum Computing
Projektlaufzeit: 01.06.2023 – 31.12.2026
Prozesse zur Oberflächenbearbeitung von Diamant zur Verbesserung der Qualität von Diamant-Qubit-Systemen für Quantencomputer.
Quantencomputer, die auf Stickstoffdefekten, den so genannten NV-Zentren, basieren, haben ein sehr großes Potenzial. Eine große Herausforderung ist jedoch die noch unzureichende Kontrolle über die Diamantoberfläche. Insbesondere geätzte oder polierte Oberflächen weisen Defekte auf, die die Qubits empfindlich stören können.
In enger Zusammenarbeit mit den DLR QCI-Industriepartnern wollen wir am DLR-Innovationszentrum Ulm neuartige Ätz-, Terminierungs- und Beschichtungsprozesse für Diamantoberflächen entwickeln, die unerwünschte Defekte verhindern und den störenden Einfluss der Diamantoberfläche auf die Qubits minimieren. Durch die Entwicklung von Prozessen zur Oberflächenbearbeitung von Diamanten mit atomarer Auflösung verbessern wir die Qualität von Diamant-Qubit-Systemen für Quantencomputer.
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.
Advanced Quantum
Advanced Quantum ist eine Ausgründung aus dem 3. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart. Das junge Start-up entwickelt und vermarktet neuartige Quantentechnologien mit einem Schwerpunkt auf Sensorik und Messtechnik-Anwendungen. Dazu gehören auch Charakterisierungsaufbauten für Spin-Qubits. Neben den Entwicklungsarbeiten bietet das Unternehmen Quantenphysikexperimente für Ausbildungs- und Schulungszwecke in Hochschulen und Firmen an.
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.
XeedQ
XeedQ ist ein Deep-Tech-Unternehmen mit Sitz in Leipzig, das Quantenprozessoren für Frühanwender und Frühanwenderinnen anbietet. XeedQ wurde im Jahr 2021 gegründet. Das Unternehmen nutzt diamantbasierte Spin-Qubits, um Quantenfunktionen mit hoher Energieeffizienz und Robustheit in einer mobilen Umgebung bereitzustellen.
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