Stickstoffdotierte Diamant-Dünnschichten für das Quantencomputing

Der Bereich des Quantencomputings wird weltweit intensiv erforscht. Diese Technologie ermöglicht durch quantenmechanische Effekte wie Superposition und Verschränkung die Implementierung von Quantenalgorithmen. Diese sind insbesondere im Bereich der Verschlüsselungstechnologie, aber auch zur Lösung von Optimierungsproblemen relevant.

In der vorliegenden Arbeit werden stickstoffdotierte Diamant-Dünnschichten für quantentechnologische Anwendungen hergestellt. Die darin enthaltenen Stickstoff-Vakanzzentren (NV) dienen zusammen mit umliegenden 13C-Kerspins als Spinqubits im Bereich des Quantencomputings. In dieser Arbeit wird die chemische Gasphasenabscheidung von Diamant genutzt, um hochreine isotopenkontrollierte Schichten mit einer Schichtdicke von wenigen Nanometern zu realisieren. Ein wichtiger Teilaspekt zur Bestimmung relevanter Schichtparameter ist dabei die Simulation der erwartbaren Kohärenzzeit der Elektronenspin-Qubits des NV-Zentrums. Diese ist in weiten Konzentrationsbereichen von einem Spinbad, bestehend aus substitutionellen Stickstoffdefekten dominiert. Hierzu wird eine neue Simulationsmethode entwickelt, die partitionierungsbasierte Cluster Correlation Expansion (pCC).