Quan­ten­re­pea­ter ba­sie­rend auf Farb­zen­tren in Dia­mant Na­no­struk­tu­ren

In den letzten Jahren wurden viele Entwicklungen in Richtung der Realisierung von Quanteninformationsprocessing (QIP) basierend auf Stickstoff-Fehlstellen (NV) Zentren in Diamant gemacht. Dieser Defekt im Diamantgitter besteht aus einem substitutionellen Stickstoffatom in direkter Nachbarschaft zu einer Fehlstelle im Gitter.

Zum Beispiel konnten lange Kohärenzzeiten des Elektronen-Grundzustands beobachtet werden, totale Elektronenspin Kontrolle wurde durch optisch-detektierte Magnetresonanz erreicht und Elektronen-Kern Qubit Transfer, nötig für Lange Quantenspeicherzeiten, wurden durchgeführt. Diese Versuche wurden bisher jedoch nur an isolierten NV Zentren durchgeführt.

Für die Umsetzung von großskaligen QIP oder für Quantenrepeater wird es notwendig sein, die NV Zentren über “fliegende” Qubits, z.B. Photonen, zu verbinden. Dafür werden Ensembles oder zumindes Paare von NV Zentren benotigt. Um dies zu erreichen werden optische Strukturen, wie Kavitäten oder Wellenleiter benötigt, um den Transfer der Qubitinformation zwischen dem Elektronenspin des NV Zentrums und einem Photon zu ermöglichen. Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten, um ein NV Zentrum an eine optische Einheit zu koppeln. Die erste basiert auf die Kopplung von NV Zentren in Diamantnanopartikeln in eine Mikrokavität, z.B. in SiO2. Der zweite Ansatz beinhaltet die Herstellung von optischen Strukturen aus Diamant. Die Kopplung von NV Zentren an optische Einheiten aus Diamant ist eine der Hauptaufgaben unserer aktuellen Forschung im rahmen des BMBF Q.com-H Projekts, zusammen mit der Untersuchung der Anwendbarkeit als Quantenrepeater.

Pro­jekt Part­ner

  • Prof. Jorg Wrachtrup, 3. Physikalisches Institut, University of Stuttgart, Germany
  • Prof. Fedor Jelezko, PD Dr. Boris Naydenov, Institute of Quantum Optics, University of Ulm, Germany
  • Prof. Meir Orenstein, Technion, Haifa, Israel

Aus­ge­wähl­te Pu­bli­ka­tio­nen

Bil­der­ga­le­rie

Abb. 1: Physica Status Solidi B Titelseite (Januar 2013)
Abb. 1: Physica Status Solidi B Titelseite (Januar 2013)
Abb. 2: PL Spektrum einer NCD Nanosäule
Abb. 2: PL Spektrum einer NCD Nanosäule
Abb. 3: Diamant Nanokristallite mit NV Zentren, gewachsen auf vorstrukturiertem Si Substrat
Abb. 3: Diamant Nanokristallite mit NV Zentren, gewachsen auf vorstrukturiertem Si Substrat
Abb. 4: Photonische Kristall Struktur in einer NCD Membran
Abb. 4: Photonische Kristall Struktur in einer NCD Membran
Abb. 5: Fluoreszenz eines NCD photonischen Kristalls
Abb. 5: Fluoreszenz eines NCD photonischen Kristalls
Abb. 6: Schema eines SiV Zentrums im Diamant Kristallgitter
Abb. 6: Schema eines SiV Zentrums im Diamant Kristallgitter
Abb. 7: Schematische Darstellung des Herstellungsprozesses von Diamant Nanosäulen mit eingebetteten SiV Zentren
Abb. 7: Schematische Darstellung des Herstellungsprozesses von Diamant Nanosäulen mit eingebetteten SiV Zentren
Abb. 8: Konfokale Lasermikroskopaufnahmen der Fluoreszenz eines Arrays von Diamant Nanosäulen unterschiedlichen Durchmessers (a) 1µm (b) 100 nm
Abb. 8: Konfokale Lasermikroskopaufnahmen der Fluoreszenz eines Arrays von Diamant Nanosäulen unterschiedlichen Durchmessers (a) 1µm (b) 100 nm
Abb. 9: Integration von Quantenpunkten mit einer NCD Schicht
Abb. 9: Integration von Quantenpunkten mit einer NCD Schicht
Abb. 10: NCD Schicht auf GaAs Substrat mit Oberflächen- und überwachsenen Quantenpunkten
Abb. 10: NCD Schicht auf GaAs Substrat mit Oberflächen- und überwachsenen Quantenpunkten