In diesem Projekt bündeln zwei Leibniz- und zwei RWTH-Hochschulinstitute ihre Kompetenzen, um hochreine isotopenangereicherte Si- und Si/Ge-Strukturen zu untersuchen und Bauelemente für die Quantenelektronik herzustellen.
In den letzten Jahren hat sich das Quantencomputing von der Grundlagenforschung zur realen Zukunftstechnologie entwickelt und wird Bereiche wie Kryptographie, Wettervorhersage, Modellierung neuer Materialien oder Logistik revolutionieren. Die Skalierung von Quantenbauelementen, die für die praktische Durchführung groß angelegter paralleler Berechnungen unerlässlich ist, stellt jedoch nach wie vor eine Herausforderung dar. Eine dünne Schicht aus isotopenangereichertem 28Si, die zwischen zwei SiGe-Schichtstapeln eingebettet ist, bietet einen vielversprechenden Ansatz für das Design skalierbarer Spin-Qubits, da er die Kohärenzeigenschaften von Qubits verbessert und mit der CMOS-Technologie kompatibel ist. In diesem Ansatz spielen die Materialeigenschaften der Qubit-Umgebung eine wesentliche Rolle: Kristalldefekte, Verunreinigungen, das Vorhandensein von 29Si-Isotopen und Grenzflächendefekte gefährden die Qubit-Funktion. Ein Projekt, das sich auf diesen grundlegenden Teil der Quantenbauelementeherstellung konzentriert, fehlte jedoch bisher.
Im Rahmen der externen Zusammenarbeit wird das IKZ seine interne Expertise für das Wachstum von hochreinem 28Si, für die Entwicklung eines epitaktischen Wachstumsprozesses von hochreinen, elastisch verspannten, versetzungsfreien SiGe/28Si/SiGe-Stapeln mittels Molekularstrahl-Epitaxietechnik (MBE) und für die Untersuchung der elektrischen, optischen und strukturellen Eigenschaften der gewachsenen Schichten einbringen. Das Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik (IHP) wird komplementäre Wachstums- und Charakterisierungstechniken entwickeln, während das Institut für Halbleitertechnik (IHT) und das Institut für Quanteninformation (IQI) der RWTH Aachen Quantenpunktbauelemente im Wafer-Maßstab auf Basis dieser Strukturen herstellen und charakterisieren werden.
"[....] Die Silizium-Quantenelektronik ist gegenwärtig einer der interessantesten wissenschaftlichen Wettbewerbe aber derzeit existiert kein anderes Projekt mit dem Umfang und der Tiefe, in dem spezifische (und anspruchsvolle) Aspekte der Materialherstellung und –charakterisierung untersucht werden. Die Umsetzung eines solchen Projekts ohne die bei IHP, IHT, IKZ und IQI bereits vorhandene Expertise und Infrastruktur wäre finanziell nicht zu rechtfertigen oder gar unmöglich. " – stellt einer der Gutachter fest.
Das SiGeQuant adressiert sowohl grundlegende wissenschaftliche als auch anwendungsrelevante Fragen, die die beteiligten deutschen Institute ermutigen sollen, neue Brücken zur internationalen Quanteninformationsgemeinschaft zu bauen.
Projektleiter: Torsten Boeck
