QuantenMOCVD

Motivation

Zweidimensionale Materialien sind dank vielfältiger optischer, elektronischer, magnetischer, thermischer und mechanischer Eigenschaften eine einzigartige Plattform für zahlreiche Quantentechnologien. Sie ermöglichen Quantenlichtquellen, Photodetektoren, Nanosensoren, Quanten-Computing mit Spin- und Valley-Qubits, topologisches Computing sowie Einzelphotonenquellen/-detektoren. Graphen ist besonders geeignet für Spin-Qubits durch geringe Spin-Bahn- und hyperfeine Kopplung. Fortschritte bei Quantenpunkten in zweilagigem Graphen mit Bandlücke bringen deren Realisierung in Reichweite. Einzelphotonen-Emitter aus hexagonalem Bornitrid oder Übergangsmetall-Dichalkogeniden erlauben die Kopplung stationärer Qubits mit Photonen-Qubits für verteilte Quantennetzwerke.

Ziele und Vorgehen

Das Projekt entwickelt CVD-Technologie und Wachstumsprozesse für zweidimensionale Quantenmaterialien und demonstriert zentrale Komponenten wie Einzelphotonenquellen und -detektoren. Bi-Layer Graphen soll mit einstellbarer Bandlücke und Isotopenreinheit als Wirtsmaterial für Spin-Qubits dienen. Zudem werden kryogene Bi-Layer-MOSFET zur effizienten Qubit-Steuerung in Quantencomputern erforscht.

Innovation und Perspektiven

Klassische Halbleiter-Qubits (z.B. Si, GaAs) leiden unter unvermeidbarer Unordnung durch Gitterfehlanpassung und Defekte. Qubits aus zweidimensionalen Materialien umgehen dies, da sich verschiedene zweidimensionale Materialien unabhängig von Gitterkonstanten mit atomar sauberen, bindungsfreien Grenzflächen beliebig stapeln lassen. So sind deutlich längere Kohärenzzeiten und höhere Qubit-Fidelities möglich, entscheidend für die Realisierung von Quantencomputern.