SuNQC: Quantencomputer auf Basis von NV-Zentren in Diamanten mit Schwefeldotierungen

Projektdaten

Auftragnehmer

SaxonQ

Projektpartner

noch offen

Standorte

Innovationszentrum Ulm

Technologien

Ziel

Wir bauen einen Quantencomputer auf der von Ionen-implantierten NV-Zentren in Diamant und entwickeln eine Skalierungstechnologie für weit mehr als 50 Qubits.

Wir entwickeln die NV-Technologie für den Bau eines skalierbaren und fehlerkorrigierbaren Quantencomputers. Dazu nutzen wir Qubits aus Elektronen- und Kern-Spins an Stickstoff-Leerstelle-Komplexen in Diamant, die mittels Ionen-Implantation definiert hergestellt werden. Mit unserem eigenen Prinzip entsteht im Diamantgitter ein großes künstliches Molekül, dass durch Laseranregung sowie Mikrowellen- und Radiofrequenz-Pulse beliebige Quantenalgorithmen ausführt.

Motivation

Damit Quantencomputing-Hardware wirklich nützliche Algorithmen ausführen kann, braucht es zwei Dinge: Ein Hardware-Konzept, das auf sehr viele – wenigstens Tausend aber letztlich Millionen – Qubits skalierbar ist und eine dafür geeignete, wirtschaftliche Herstellungstechnologie. Wir glauben, dass wir beide Bedingungen erfüllen. Indem wir Halbleiter-Planartechnologie aus Ionen-Implantation mit Lithografie und Metallisierung verbinden, stellen wir zweidimensionale Felder von NV-Zentren her, die jeweils an mehrere Kernspins koppeln. Unser Ansatz ermöglicht uns einen geringen Overhead für die Steuerelektronik. So benötigen wir beispielsweise für 1.000 Qubits nur 20 Anschlüsse. Damit ist unsere Technologie hochskalierbar, schnell, Energie-effizient und insbesondere auf CMOS-/Chip-Level miniaturisierbar. Wir glauben, dass uns das unserem ultimativen Ziel näher bringt: den Quantencomputer ins Mobiltelefon zu bringen.

Herausforderung

Unser Startsignal war ein technologischer Durchbruch: Für die Erzeugung von NV-Qubits durch Stickstoff-Ionen-Implantation in Diamantkristallen erreichten wir eine sehr hohe Ausbeute. Dies gelang durch die patentierte Ko-Implantation von Schwefel-Ionen, die sowohl die Formation von Stickstoff-Leerstelle-Zentren als auch die negative Beladung derselben (nur das negativ geladene NV- agiert als ein Qubit) stark begünstigt. Für die DLR QCI entwickeln wir unseren Gen1-Quantencomputer durch skalierbare crossbar-arrays zur elektrischen Ansteuerung weiter. Auf der Basis bereits veröffentlichter Quantenfehler-Korrektur-Algorithmen für NV-Zentren implementieren wir nach und nach diesen wichtigen Mechanismus für die zukünftige Erhöhung der Rechengenauigkeit von Quantenalgorithmen.