Q.Link.X

Farbzentren in Diamant haben die Vorteile langer Quantenspeicher-Kohärenzzeiten von Elektronen- und Kernspins in Verbindung mit effizienten optischen Übergängen als Schnittstelle zu Photonen für den Transfer von Quanteninformation. Die Schnittstelle zu Photonen wird entweder über eine Kombination aus Mikrowellen- und optischen Übergängen (Stickstoff-Fehlstellen-Zentren, NV-Zentren) oder durch rein optische Spin-Kontrolle (Silizium-Fehlstellen-Zentren, SiV-Zentren) gewährleistet. Die Festkörperplattform Diamant bietet den Vorteil der Integration „on-chip“ mit photonischen Elementen zur gezielten Überhöhung der Spin-Licht-Wechselwirkung. Das Ziel des Diamant-Teilprojekts der Gruppe von apl. Prof. Dr. Cyril Popov, ist die Realisierung von diamantbasierten photonischen Strukturen (Nano-Säulen, photonische Kristalle, Wellenleiter) mittels Elektronenstrahl-Lithographie und reaktivem Ionenätzen. Alle genannten Strukturen werden mit Farbzentren (NV, SiV) gekoppelt, um die Photonensammeleffizienz zu erhöhen. Um dies zu erreichen werden Implantationsmasken für die deterministische Implantation von Stickstoff oder Silizium und die daraus resultierende Erzeugung von Farbzentren entwickelt. Die Integration der photonischen Strukturen mit Metallelektroden und Antennen wird die kohärente Manipulation und das effiziente Auslesen des Spins-Zustands ermöglichen. Die Strukturen werden als Spin-Photon-Schittstellen dienen, sowie als Komponenten von Quantenspeicherfür Untersuchungen bei Q.Link.X-Projektpartnern.

Pro­jekt Part­ner

  • Prof. Dr. C. Becher, Universität Saarbrücken 
  • Prof. Dr. J. Wrachtrup / Dr. I. Gerhardt, Universität Stuttgart
  • Prof. Dr. D. Hunger, Karlsruher Institut für Technologie (KIT) 
  • Prof. Dr. O. Benson / Prof. Dr. U. Ramelow, HU Berlin
  • Prof. Dr. F. Jelezko / Prof. Dr. A. Kubanek / Prof. Dr. M. Plenio, Universität Ulm
  • Prof. Dr. F. Schmidt-Kaler, Universität Mainz
  • Prof. Dr. C. Silberhorn, Universität Paderborn
  • Prof. Dr. R. Freund, Heinrich Hertz Institut Berlin (HHI)

Bil­der­ga­le­rie

Abb. 1: a) Schema der QR-Zelle, wobei zwei NV-Zentren die stationären Quantenbits bilden. b) Zur Emission von Photonen wird ein optischer Übergang genutzt, der die Polarisation des Photons mit dem Elektronenspin (blau) verschränkt. Nach Detektion des Photons (1) wird der Elektronenspin-Zustand auf den Kernspinspeicher (rot) mit längerer Kohärenzzeit übertragen (2). Ein weiteres Photon aus einem zweiten NV wird an Bob gesendet (3), ebenfalls mit anschließender Übertragung auf einen Kernspin im Erfolgsfall (4). Eine Bellmessung an den Kernspins (5) und eine Mitteilung an Bob schließt das Protokoll ab (6). c) Niveauschema eines NV-Zentrums kombiniert mit einem benachbarten 13C Kernspin. Eingezeichnet sind die optischen Übergänge (rot) zur Erzeugung der Spin-Photon-Verschränkung und die Radiofrequenz-Übergänge zur Übertragung in den Kernspin (grün). d) Schema eines QR Segments zur Erzeugung eines verschränkten Zustands zweier stationärer Quantenbits basierend auf SiV-Zentren durch Bell-Zustandsmessungen von Photonen, die mit internen Speicherzuständen verschränkt sind.
Abbildung 1: a) Schema der QR-Zelle, wobei zwei NV-Zentren die stationären Quantenbits bilden. b) Zur Emission von Photonen wird ein optischer Übergang genutzt, der die Polarisation des Photons mit dem Elektronenspin (blau) verschränkt. Nach Detektion des Photons (1) wird der Elektronenspin-Zustand auf den Kernspinspeicher (rot) mit längerer Kohärenzzeit übertragen (2). Ein weiteres Photon aus einem zweiten NV wird an Bob gesendet (3), ebenfalls mit anschließender Übertragung auf einen Kernspin im Erfolgsfall (4). Eine Bellmessung an den Kernspins (5) und eine Mitteilung an Bob schließt das Protokoll ab (6). c) Niveauschema eines NV-Zentrums kombiniert mit einem benachbarten 13C Kernspin. Eingezeichnet sind die optischen Übergänge (rot) zur Erzeugung der Spin-Photon-Verschränkung und die Radiofrequenz-Übergänge zur Übertragung in den Kernspin (grün). d) Schema eines QR Segments zur Erzeugung eines verschränkten Zustands zweier stationärer Quantenbits basierend auf SiV-Zentren durch Bell-Zustandsmessungen von Photonen, die mit internen Speicherzuständen verschränkt sind.