Neuer Qubit-Ansatz
Einfaches Verfahren zur Herstellung supraleitender Josephson-Kontakte
Aussteller
Standort
Halle 11, Stand B06
Beschreibung
Supraleitende Quantenschaltkreise werden bereits heute in Mess- und Sensoreinrichtungen eingesetzt. Der sogenannte Josephson-Kontakt wird als zentrales Element zur Konstruktion von Quantenbits (Qubits) und in Quantenschaltkreisen verbaut. Ein typischer Josephson-Kontakt (JK) besteht aus zwei supraleitenden Aluminiumschichten, die durch eine ultradünne isolierende Oxidschicht getrennt sind. Wird zwischen beiden Supraleiterschichten ein Strom angelegt, können sich die Elektronen über die Barriere hinweg zu Cooper-Paaren zusammenschließen und quantenmechanische Tunnelprozesse abbilden. Etablierte Methoden zur Herstellung sind die mehrschrittige Doppelwinkel-Schattenbedampfung oder eine Kombination aus Lithografie und Ätzen. Ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung von JK haben Forschende des Physikalischen Instituts (PHI) am KIT entwickelt. Alle nötigen Teile eines Quantenschaltkreises (Kapazität, Induktivität und Nichtlinearität) werden in Form einer einzigen Schicht aus supraleitendem granularen Aluminium (GrAl) aufgedampft. Unter Sauerstoffatmosphäre formen sich wenige Nanometer kleine Aluminiumkörner in einer Oxidmatrix, die eine dreidimensionale Struktur mit vielen Nanokontakten bilden. Mithilfe einer Verengung der Supraleiterschicht auf ca. 20 Nanometer wird aus den Nanoübergängen ein wirksamer Josephson-Kontakt. Die sogenannte Einschicht-Bedampfung vereinfacht die Fabrikation insgesamt und erhöht die Reproduzierbarkeit. Da nur eine einzige Schicht aufgebracht wird, können die Kontakte wesentlich kleiner dimensioniert werden. Mit dem neuen Verfahren hergestellte Qubits erreichen eine Kohärenzzeit von ca. 10 Mikrosekunden. Überall dort, wo heute bereits Josephson-Kontakte eingesetzt werden, sind die Nanokontakte vom KIT ebenfalls einsetzbar. Das KIT sucht Partner, vor allem aus den Bereichen Hardware und Elektronik, für anwendungsspezifische Entwicklungsprojekte sowie zur Lizenzierung der Technologie.
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