Der Aufbau nützlicher Quantenregister erfordert zuverlässige und skalierbare Qubits – eine zentrale Herausforderung in den Quantentechnologien. Diamant gilt als vielversprechende Plattform, da seine Kernspins ihren Quantenzustand über Minuten hinweg speichern können. Dennoch ist es bislang schwierig, Systeme mit mehr als 20 Qubits zu realisieren. Ein Ansatz besteht darin, Stickstoff-Fehlstellen-Zentren (NV-Zentren) miteinander zu koppeln. Diese dienen als zentrale Qubits, die entferne Kernspin-Cluster verbinden. Die geringe Genauigkeit von Zwei-Qubit-Operationen zwischen NV-Elektronenspins war bisher jedoch ein großes Hindernis.
Wir lösen dieses Problem, indem wir die Fehlerquellen der Quanten-Operation identifizieren und erreichen eine Rekord-Genauigkeit von 96 %. Diese deutliche Verbesserung erleichtert die Skalierung diamantbasierter Quantensysteme erheblich.
Unsere Ergebnisse stärken die Position von Diamant als ernstzunehmende Alternative um größere Quantencomputer zu bauen. Im Gegensatz zu supraleitenden oder ionenbasierten Systemen können Diamant-Qubits bei Raumtemperatur arbeiten und lassen sich einfacher in konventionelle Rechenzentren integrieren.
T. Joas, F. Ferlemann, R. Sailer,P.J. Vetter, J. Zhang, R. S. Said, T. Teraji, S. Onoda, T. Calarco, G. Genov,M. M. Müller, F. Jelezko
High-Fidelity Electron Spin Gates for Scaling Diamond Quantum Registers
Physical Review X 15, 021069
https://doi.org/10.1103/PhysRevX.15.021069