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23 2025 www markttechnik de 11 Mit Diamanten hatte sich seit vielen Jahren die Arbeitsgruppe Angewandte Quantenphysik von Prof Meijer an der Universität Leipzig beschäftigt Ab den 2000er-Jahren rückten die NV-Zentren für Quantencomputer in den Vordergrund jedenfalls theoretisch Denn sie im Labor herzustellen war schwierig genug an Industrialisierung war gar nicht zu denken was viele abschreckte Weil aber die Vorteile für die Anwendung in Quantencomputern sehr verlockend erschienen trieben Halbleiterphysiker Marius Grundmann und Jan Meijer die Forschung in diese Richtung als eine der wenigen weltweit voran So entwickelten sie einen patentierten Prozess in dem neben den Stickstoffatomen auch Schwefelatome über Ionenimplantation in den Diamanten eingeschossen werden einer der wesentlichen Schritte für den späteren Durchbruch Einfach formuliert Das Stickstoffatom gemeinsam mit einem Schwefelatom zu implantieren macht die Sache nicht komplizierter sondern führt im Gegenteil dazu die NV-Zentren viel zuverlässiger und reproduzierbar realisieren zu können Sind beide an der richtigen Stelle gelandet so springt ein Elektron von einem Schwefelatom über und es bildet sich ein negativ geladenes Stickstofffehlstellen-Zentrum kurz NVminus-Zentrum für englisch Nnitrogen Vvacancy 2019 – der Durchbruch gelingt 2019 gelang an der Universität Leipzig der große Durchbruch »Wir erreichten eine hohe Ausbeute an stabilen NV-Zentren – zum ersten Mal weltweit« berichtet Marius Grundmann Jetzt kam es darauf an den Prozess zu skalieren und zu industrialisieren und einen Quantenprozessor QPU zu bauen Dazu gründeten Grundmann und Meijer im Jahr 2021 aus der Universität heraus die Firma SaxonQ die alle damit zusammenhängenden Patente von der Uni Leipzig übernommen hat »Inzwischen können wir NV-Farbzentren reproduzierbar im industriellen Umfeld herstellen – mit einer hohen Ausbeute im Bereich von über 90 Prozent « Einzigartige Position im globalen Wettbewerb Weil die junge SaxonQ auf diesem Gebiet auf eine sehr lange Erfahrung zurückblicken kann und sich die Patente der Universität Leipzig gesichert hat ist Grundmann überzeugt davon im globalen Wettbewerb in einer sehr komfortablen Position zu sein »Soviel ich weiß gibt es kein anderes Unternehmen das über einen Prozess verfügt der wirklich funktioniert « Und wer auch immer einen solchen Prozess entwickeln möchte jedenfalls im industriellen Maßstab der käme um die Patente von SaxonQ nicht herum Funktionierende Alternativen hätte er bisher jedenfalls nicht gesehen Doch zurück zu den NV-Zentren von SaxonQ Das Schöne daran Es lassen sich pro NV-Zentrum mindestens zwei Qubits realisieren Eines entsteht am NVminus-Zentrum über den Spin des Elektrons ein weiteres über den Kernspin des Stickstoffs Weitere Qubits bestehen auf der Basis des Kernspins im C13-Atom das C12-Atom weist keinen Kernspin auf Über verschiedene Mikrowellen im GHzbzw MHz-Bereich lassen sie sich getrennt ansteuern und kontrollieren Es können mindestens vier Qubits pro NV-Zentrum auf Basis des NVminus-Zentrums des Stickstoffatoms und von zwei C13-Atomen und mit weiteren C13-Atomen sogar acht oder mehr Qubits dort untergebracht werden Entscheidend für die weitere Skalierung ist nun dass sich auch die NV-Zentren koppeln lassen und zwar in verschiedenen Topologien »Wir können die Topologien also auf die jeweiligen Anwendungen hin zuschneiden was für die realen Einsatzfälle zusätzlich Flexibilität schafft – und wie gesagt das alles mit hoher Ausbeute also im industriellen Maßstab und kostengünstig« sagt Grundmann Ein skalierter Quantencomputer mit zwei gekoppelten NV-Zentren ist aktuell in der Entwicklung Doch wie sieht es mit der Qualität des Ausgangsmaterials der Diamanten selbst aus? »Es gibt Hersteller die Standardmaterial liefern beispielsweise die De-Beers-Tochter Element Six« antwortet Grundmann Zudem gebe es einige Startups die sich damit beschäftigen auf QPUs optimierte Diamantgitter herzustellen So entwickelt Diatope mit den DLR-QCI-Industriepartnern am DLR-Innovationszentrum Ulm neuartige Ätz-Terminierungsund Beschichtungsprozesse für Diamantoberflächen die unerwünschte Defekte verhindern und den störenden Einfluss der Diamantoberfläche auf die Qubits minimieren Hier werde also in nächster Zeit einiges geschehen um die Qualität des Materials zu verbessern und auf die Ionenimplantation zu optimieren Was Grundmann dabei besonders wichtig ist Es geht hier um physikalische Qubits »Wir befinden uns immer noch in der NISQ-Ära logische Qubits in genügender Zahl für relevante Berechnungen realisieren zu können ist immer noch sehr schwierig und teuer « Dazu kurz zur Abkürzung »NISQ« Sie steht für »Noisy Intermediate-Scale Quantum« und bezeichnet Quantencomputer die nur sehr eingeschränkt Fehlerkorrekturen durchführen können Quantencomputer die fehlertolerant mit Tausenden Qubits und mit vielen logischen Qubits arbeiten werden zeichnen sich zwar am Horizont ab aber es wird noch eine Weile dauern bis die NISQ-Ära durchschritten sein wird Also sei es laut Grundmann sehr wichtig dass schon die NISQ-Computer zu sinnvollen Aufgaben herangezogen werden können »Genau daran arbeiten wir « Prof Marius Grundmann CEO von SaxonQ „ SaxonQ profitiert von der jahrzehntelangen Erfahrung die an der Universität Leipzig im Bereich der Diamant-QPUs vorhanden ist und hat die Patente erworben Soviel ich weiß gibt es kein anderes Unternehmen das über einen Prozess zur Fertigung von Qubits in Diamanten verfügt der wirklich funktioniert “ Der mobile Quantencomputer von SaxonQ