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Schaltung in Niob-Technologie zum Nachweis von Ladungs-Phasen Quantenbits

30.12.2005

Ein gezielt manipulierbares Zweizustands-Quantensystem wird als Quantenbit (Qubit) bezeichnet und erlaubt neben der Untersuchung makroskopischer Quanteneffekte auch den Bau von Quantencomputern. Die Schaltung zum Nachweis von Ladungs-Phasen Qubits besteht aus einer supraleitenden Schleife, die durch zwei Josephson-Kontakte mit einer dazwischen liegenden kleinen Insel, den so genannten Bloch-Transistor, unterbrochen wird. Mit Hilfe einer Steuerelektrode kann die Ladung der Insel manipuliert werden, und durch ein äußeres Magnetfeld kann die Phase der quantenmechanischen Wellenfunktion beeinflusst werden. Vervollständigt wird das Ganze durch einen an die genannte Schleife induktiv angekoppelten HF-Resonanzkreis.

Zur Unterdrückung magnetischer Störfelder wird die supraleitende Schleife in Form eines Gradiometers ausgeführt. Die komplette Qubit-Struktur wird in Niob-Dünnschichttechnik realisiert. Elektronenstrahllithographie und reaktive Ionenätzprozesse dienen zur Strukturierung der Nb/AlOx/Nb Josephson-Kontakte mit Kantenlängen im Bereich von 50 nm bis 100 nm. Eine SiO2 Isolationsschicht wird durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) planarisiert. Nb-Einzeltransistoren mit sub-100 nm Josephsonkontakten wurden bereits erfolgreich getestet und zeigten gute Strom-Spannungskennlinien. Zur Zeit werden der Herstellungsprozess für die "Qubit-Fabrikation" optimiert und erste Prototypen angefertigt.


Bild 1: (a) Schematische Darstellung zum Nachweis eines Ladungs-Phasen Qubits.
(b) Foto der Gradiometeranordnung zum Nachweis von Qubits.