Quantum computation with single defect centers

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Das Ziel des Antrags ist es, ein neues System zur Darstellung von Quanten-Bits in Festkörpern auf der Basis des Nachweises einzelner Kernspins zu realisieren. Hierzu soll der optische Nachweis eines einzelnen Stickstoff-Fehlstellen-Defektzentrums im Diamant als Grundlage dienen. Aufgrund der Hyperfeinkopplung des Elektronenspins des paramagnetischen Grundzustandes des Zentrums zu 13C-Kernspins im Diamant kann der Zustand einzelner Kernspins in der Nachbarschaft des Defektzentrums direkt optisch ausgelesen werden. Es lassen sich bis zu neun einzelne Kernspins getrennt ansprechen. Die Kopplung zwischen den Kernspins ist durch die Hyperfeinwechselwirkung mit dem Elektronenspin und die magnetische Wechselwirkung zwischen den Kernspins gegeben. Die Dephasierungszeit der Kernspinzustände bei tiefen Temperaturen erlaubt einige 105 Gatteroperationen. Nach Auffassung der Antragsteller ist das System momentan das weltweit einzige geeignete Festkörpersystem, an dem sich die Möglichkeit bietet, reine Zustände als Grundlage für die Realisierung von einfachen Quantenalgorithmen zu benutzen. Damit sollen die bereits aus der Kernspinresonanz bekannten Ansätze im Bereich der Quantenrechner durch die Benutzung reiner Zustände ergänzt werden.