FOR 1482:  Quantum computing in isotopically engineered diamond

• Fachliche Zuordnung: Physik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 164540649

Mitglieder der Forschergruppe konnten beweisen, dass Diamant aufgrund seiner außergewöhnlichen Materialeigenschaften ein einzigartiges System besitzt. Insbesondere zeigen Stickstofffehlstellen eine Bandbreite bemerkenswerter Quanteneigenschaften (wie z.B. außergewöhnlich lange Spin-Kohärenzzeiten bei Raumtemperatur), und exakt diese werden benötigt, um Qubits für die Quanteninformationsverarbeitung und -speicherung herzustellen.
Aufgrund des "optischen Hebels“ für Spin-Auslesung ist Diamant besonders geeignet für die Herstellung von Quanteninformationsprozessoren mit wenigen Qubits. Obwohl ein grundlegender Quantenbetrieb mit Quantenhardware bereits von Mitgliedern der Forschergruppe an handelsüblich verfügbarem Material demonstriert wurde, erfordert eine weitere Verbesserung eine sorgfältige Kontrolle der Reinheit und isotopischen Zusammensetzung der Diamanten. Gleichzeitig entwickelte das Forscherteam in den letzten Jahrzehnten fortlaufend neue Technologien zur Herstellung von ultrareinen Diamanten (einschließlich isotopischer Anreicherungen).
Das Ziel dieser Forschergruppe ist die Kombination von Expertinnen und Experten auf dem Gebiet der Quantenphysik mit ausgezeichneten japanischen Materialwissenschaftlerinnen und Materialwissenschaftlern sowie ausreichenden finanziellen Mitteln, um einen Durchbruch zu erreichen bei der Realisierung von diamantbasierenden Quantengeräten, welche bei Raumtemperatur betrieben werden können. Insbesondere geht es in diesem Projekt um die Darlegung der folgenden Punkte: (1) ein skalierbares Quantenregister in Diamant, welches die optische Ansteuerung einzelner Qubits erlaubt; (2) Teile von Quantenmemories, die eine Zuordnung von Einzelphotonen zu einzelnen Atomen ermöglichen; (3) High-Fidelity-Quantenverarbeitung, die die Manipulation logischer Qubits zulässt; (4) Entwicklung eines Konzepts für auf Einzelatomen basierende Geräte mithilfe von Spins und Photon-Freiheitsgraden zum Speichern und Verarbeiten von Informationen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen

Projekte

• Precise and Robust Control Operations for Spin Qubits in Diamond-NV Centers (Antragsteller Suter, Dieter )
• Scalable quantum logic using engineered spin in diamond (Antragsteller Jelezko, Fedor )
• Tools from Quantum System and Control Theory (Antragsteller Schulte-Herbrüggen, Thomas )

• Sprecher: Professor Dr. Fedor Jelezko