Fortschritt bei möglichen Quantencomputern auf Siliziumbasis: Zwei Qubits auf Siliziumbasis in einem Gatter zu verschalten, das gelang australischen Forschern des Centre for Quantum Computation and Communication Technology der University of New South Wales mit Unterstützung eines japanischen Forschers der Keio-Universität. Diese Nachricht ging jetzt nach einer Veröffentlichung "A two-qubit logic gate in silicon" in der aktuellen Nature durch die Welt, eingereicht wurde der Beitrag aber bereits im November letzten Jahres und wurde dann auch schon auf arXiv veröffentlicht.

Schon einige Zeit davor hatten es die Forscher geschafft, einzelne stabile Qubits mit hoher Güte beziehungsweise Genauigkeit (Fidelity) von 99,99 Prozent aus dem Spin eines einzelnen Phosphoratoms (Quantum dot) in isotopenreinen Silizium-28 hinbekommen. Hiermit ließen sich bereits 1-Qubit-Gatter (etwa Negation) herstellen.
To be or not to be

Wie das Team unter der Leitung vor Professor Dr. Andrew Dzurak in Nature berichtet, schafften sie es nun, zwei Qubits hoher Güte von etwa 99 Prozent in einem sogenannten Kontrollierten Nicht-Gatter (CNOT) zusammenzuschalten. Dabei wird der reelle Wert des zweiten Qubits (B) in Abhängigkeit vom dem des ersten Qubits (A) entweder beibehalten (A=0) oder negiert (A=1).

Als kontrollierendes Qubit ließ sich wahlweise die Rotation (CROT) oder die Phase (CZ) nutzen. Die Kopplung der beiden Qubits lässt sich über ein Gatter per Spannung ein- und ausschalten. Die jeweiligen Zustände werden mit Hilfe eines Single Electron Transistors (SET) sowie der Electron Spin Resonance (ESR) ausgelesen. Dabei kommt den Forschern die lange Kohärenzzeit der Qubits zu Gute, die dank des nahezu fehlenden Kernspin-Rauschens des nahezu isotopenreinen Silizium-28 (800 ppm Silizium-29) erreicht wird.
Nullpunkt

Die Experimente fanden nicht bei Raumtemperatur, sondern nahe des absoluten Nullpunkts bei 50 mK in einem starken Magnetfeld statt. Aber man hofft, später mit deutlich höheren Temperaturen arbeiten zu können. In anderen Experimenten konnte ein anderes Team Quantenzustände von Silizium-Qubits sogar bei Raumtemperatur bis zu 39 Minuten halten.
An weiteren, komplizierteren 2-Qubit-Gattern arbeiten die Australier jetzt, später dürften dann 3-Qubit-Gatter hinzukommen. Damit holt die Silizium-Quantentechnik so langsam gegenüber der in diesem Bereich führenden Technik mit superleitenden Qubits etwa auf Basis der Josephson-Sperrschicht auf.

Wegen der standardisierten Silizium-Herstellungstechnik, der guten Skalierbarkeit, der Robustheit, der langen Kohärenzzeiten bei möglicherweise deutlich höheren Betriebstemperaturen hat die Silizium-Quantentechnik gute Chancen, im Rennen um die ersten praktisch brauchbaren Quantencomputer bald die Nase vorn zu haben – aber ein paar Jährchen wird es bis zu kommerziellen Geräten noch dauern.

Gruß raffisworld