Silizium-Halbleitertechnologie für Quantencomputer : Quantenrechnen mit Spins

Abstract

Halbleiter-Spinqubits gelten als vielversprechende Kandidaten für die Recheneinheit eines Quantencomputers. Um ein Spinqubit zu realisieren, wird ein einzelner Ladungsträger, ein Elektron oder ein Ladungsträgerloch, in einem Quantenpunkt eingefangen. Dort sind ihre Spins über lokal erzeugte Magnetfelder zwischen zwei Zuständen 0 und 1 kontrollierbar. Auf Basis solcher Quantenpunkte gestatten die etablierten Fabrikationstechniken der Halbleiterindustrie eine präzise und skalierbare Herstellung von Quantenprozessoren. Sowohl Ein-Qubit-Gatter als auch Zwei-Qubit-Gatter mit Spinqubits operieren mit hoher Genauigkeit und ermöglichen so universelles Quantenrechnen. Wichtig sind dabei ihre hohen Lebensdauern im Bereich von Mikrosekunden bis sogar Sekunden. Die Anzahl an Spinqubits auf einem Chip ist besonders in den letzten Jahren gewachsen. Die Möglichkeit, Spinqubits auf verschiedene Weisen miteinander zu koppeln, erlaubt auch langreichweitige Operationen zwischen verschiedenen Registern. Es gilt, Korrelationseffekte zwischen Spinqubits und ihrer Umgebung noch besser zu verstehen und die Verdrahtung auf dem Chip zu optimieren, um so den Weg zu einem halbleiterbasierten Quantencomputer zu ebnen.