Quantencomputer auf Diamantbasis

Zukünftige Computer sollen die physikalischen Eigenschaften von einzelnen Quantenbits in Atomen oder atomaren Verunreinigungen in Kristallen ausnutzen. Hierbei sind jedoch immense technische Schwierigkeiten zu überwinden. So dürfen zum Beispiel die Quantenbits während der Rechenoperation nicht mit der Umgebung in Wechselwirkung treten.

Genau dies ist eine Stärke von Diamant. Aufgrund seiner Struktur und seiner chemischen Zusammensetzung – reiner Diamant besteht nur aus Kohlenstoff – sind die Quantenbits in ihm isoliert wie sonst nur Atome im Vakuum. Um Quantenbits im Diamant zu erzeugen, haben die Stuttgarter Wissenschaftler in hochreinem Diamant Stickstoffatome implantiert. Dadurch entsteht ein Defekt, der den Diamant violett einfärbt. Dieses so genannte Farbzentrum ist Träger der Quanteninformation. Die Farbzentren in Diamant sind gegenwärtig der einzige Weg, einen Quantenprozessor zu konstruieren, der auch bei Raumtemperatur funktioniert.

Bis zukünftige Computer einen Prozessorkern aus Diamant haben, ist es aber noch ein weiter Weg. Noch können die Physiker nämlich nur mit wenigen Bits arbeiten. Die Erweiterung auf einige Hundert Quantenbits wird eine der Hauptherausforderungen der Zukunft sein. Kleinere Prozessoren könnten allerdings bereits in naher Zukunft in einer speziellen Form der hochsicheren Datenübertragung eingesetzt werden.

Die Forschungsarbeiten an diesem Computer der Zukunft sind integriert in den transregionalen Sonderforschungsbereich „Control of quantum correlations in tailored matter“. Die Universität Stuttgart ist dessen Sprecherhochschule. (dsc)