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IEDM 2015

Quanten-ICs kurz vor der Realisierung

8. Dezember 2015, 17:12 Uhr | Iris Stroh

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Qubits: Phosphor in Silizium, das ist die Lösung

Was bei einem klassischen Computer ein Bit ist, ist beim Quantencomputer ein Qubit, sprich die kleinste Recheneinheit. Zur Realisierung dieser Qubits gibt es verschiedene Ansätze. Simmons allerdings schwört auf Phosphor-Donatoren in ein Siliziumkristall. Denn damit könnten die Quantencomputer in den Genuss von bewährten Fertigungsprozessen kommen und sich auch die Skalierbarkeit dieser Prozesse zunutze machen. Simmons weiter: »Die Skalierbarkeit ist ein entscheidender Faktor, denn um die Rechenleistung eines klassischen Computers bei der Primfaktorzerlegung zu übertrumpfen, sind rund 10hoch6 Qubits notwendig.« Silizium hat aber noch weitere Eigenschaften, die Simmons davon überzeugen, dass dieser Ansatz der richtige ist. Dazu zählt sie die Vorherrschaft von kernspinfreiem, isotopenreinem Si-28 in Silizium, und die geringe Spin-Bahn-Kopplung, was Dekohärenz-Mechanismen unterdrückt. Simmons erklärt, dass bereits in den 60er Jahren beobachtet wurde, dass für P-Donatoren in Bulk-Silizium (T = 1,5 K) die Relaxationszeit (die Zeit, bevor die Spins wieder in den Zustand niedrigster Energie zurückkehren) mehrere 1000 Sekunden beträgt, während die Relaxationszeit für den Kernspin von Phosphor sich auf über 10 Stunden beläuft.

1998 (Kane-Quantencomputer) wurde zunächst der Ansatz gewählt, den Kernspin von Phosphor-Donatoren zu nutzen, diesen Vorschlag bezeichnet Simmons als bahnbrechend. Dennoch bewertet Simmons die Nutzung des Elektronenspins als besseren Ansatz, denn damit ließen sich leichter reproduzierbare Qubits realisieren und sie lassen sich einfach tunen. Außerdem ließe sich der Kernspinn des Donator-Atoms als ein Quantenspeicher mit einer Speicherdauer von über 100 s nutzen, während sich der Elektronenspinn für eine schnelle Verarbeitung eignete.