FestkörperQuantencomputern

Festkörperquantencomputer (solid-state quantum computers) sind eine Art von Quantencomputern, die Halbleiterbauelemente und Festkörpertechnologien verwenden, um Quantenbits (Qubits) zu realisieren. Im Gegensatz zu experimentellen Systemen, die auf Ionenfallen, Photonen oder supraleitenden Schaltkreisen basieren, nutzen Festkörperquantencomputer oft physikalische Eigenschaften festkörperbasierter Systeme, wie Spins in Halbleitern oder Defektstellen in Kristallen.

Ein häufig verwendeter Ansatz ist die Implementierung von Qubits durch elektronische Spins in Halbleiter-Nanostrukturen, beispielsweise im Silizium oder in Diamanten. Ein prominentes Beispiel sind sogenannte NV-Zentren im Diamant, in denen ein Stickstoffatom neben einem fehlenden Kohlenstoffatom (Vakanz) lokalisiert ist. Diese Zentren besitzen eigenständige, stabile Spin-Zustände, die durch optische und Mikrowellenfelder kontrolliert werden können. Solche Systeme bieten potenziell hohe Kohärenzzeiten und Kompatibilität mit bestehenden Halbleiterfertigungstechnologien.

Festkörperquantencomputer bieten den Vorteil einer verbesserten Skalierbarkeit, da sie auf bewährten Herstellungsmethoden der Halbleiterindustrie basieren. Zudem sind sie oft kompakt und benötigen keine extrem tiefen Temperaturen, im Vergleich zu supraleitenden Quantenbits, was die Integration in elektronische Schaltungen erleichtert.

Herausforderungen bestehen hinsichtlich der Fehlerkorrektur, der Kohärenzzeit und der präzisen Steuerung der Qubits. Forschungsaktivitäten konzentrieren sich auf die Verbesserung der Qubit-Qualität, die Entwicklung von robusten Quantenalgorithmen und die Integration in funktionierende Quantenprozessoren. Festkörperquantencomputer gelten als vielversprechende Kandidaten für die realistische Umsetzung skalierbarer, funktionaler Quantencomputersysteme in naher Zukunft.