Luxemburg steht an der Spitze der Quantentechnologie. Forscher entwickeln Quantenchips, die das Quanteninternet und Quantencomputer revolutionieren könnten. Florian Kaiser, Leiter der Forschungsgruppe Quantenmaterialien in Luxemburg, leitet dieses ehrgeizige Projekt mit dem Ziel, ein 'Quantum System-on-Chip' zu entwickeln. Diese Innovation verspricht eine Leistungssteigerung und ermöglicht eine kostengünstige Produktion durch Standard-Halbleitertechnologie.
Quantencomputer können komplexe mathematische Probleme lösen, die für klassische Maschinen unerreichbar sind. Quantensimulatoren können bei der Entdeckung neuer, effizienter Materialien für eine nachhaltige Gesellschaft helfen. Quantensensoren bieten eine beispiellose Empfindlichkeit für Untersuchungen im Nano- und Makrobereich, von Nano-MRT bis hin zum Nachweis von Gravitationswellen.
Der Kern dieser Technologie liegt in Qubits, die auf optisch aktiven Spins in Siliziumkarbidkristallen basieren, die als 'Farbzentren' bekannt sind. Diese Zentren, atomar kleine Defekte innerhalb des Kristalls, weisen einzelatomähnliche Quanteneigenschaften auf. Photonen, die von diesen Zentren emittiert werden, können als photonischer Kommunikationsbus dienen und den Quanteninformationsaustausch und das Routing innerhalb eines Quanteninternets erleichtern.
Dr. Kaiser betont die Bedeutung der Optimierung jedes Schrittes des Herstellungsprozesses, um die Reproduzierbarkeit von Farbzentren zu verbessern. Sein Team hat eine High-Throughput-Plattform zur Charakterisierung von Quantenfarbzentren eingerichtet, um die Forschung zu beschleunigen. Die Vision ist es, die professionelle Nanofabrikation in etablierten Halbleiter-Foundries zu nutzen und die Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Industrie zu fördern.
Die einzigartige Position von Siliziumkarbid als etablierter Industriehalbleiter ermöglicht die Verwendung von Standard-Elektronikbauelementen zur Unterdrückung von Ladungsrauschen um Farbzentren herum. Dies hat sich als entscheidend für die Maximierung der Kohärenzzeiten erwiesen. Die Entwicklung von Quanten-Repeater-Knoten, die auf Siliziumkarbid-Farbzentren basieren, ist eine natürliche Weiterentwicklung hin zu einem vollständig sicheren Quantenkommunikationsnetzwerk über große Entfernungen.