StarQ – Surface Treatment at Atomic Resolution for Quantum Computing

Projektlaufzeit: 1.06.2023 – 31.12.2026

Enabling-TechnologienNV-Zentren

Prozesse zur Oberflächenbearbeitung von Diamant zur Verbesserung der Qualität von Diamant-Qubit-Systemen für Quantencomputer.

Entwicklung von Prozessen zur Oberflächenbearbeitung von Diamant mit atomarer Auflösung
Entwicklung von Prozessen zur Oberflächenbearbeitung von Diamant mit atomarer Auflösung

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.

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