DE102020101784B3

DE102020101784B3 - Vorrichtung mit Quantenbus für einen NV-Zentren basierenden Raumtemperatur-Quantencomputer

Info

Publication number: DE102020101784B3
Application number: DE102020101784.7A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Quantum Technologies GmbH
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2020-01-25
Publication date: 2020-11-26
Anticipated expiration: 2040-01-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Quantenbit (QUB) mit einem Quantenpunkt (NV), der insbesondere ein NV-Zentrum sein kann, und ein Kernquantenbit mit mindestens einem Kernquantenpunkt, der typischerweise ein Kernspin behaftetes Isotop ist. Dies umfassen eine spezielle Vorrichtung zur Ansteuerung eines Quantenpunkts (NV). Daraus zusammengesetzt umfasst die Erfindung ein Quantenregister aus mindestens zwei Quantenbits, ein Kernquantenregister aus mindestens zwei Kernquantenbits und ein Kern-Elektron-Quantenregister aus einem Quantenbit und einem Kernquantenbit sowie ein Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregister aus mindestens einem Quantenregister und mindestens zwei Kern-Elektron-Registern. Eine übergeordnete Struktur, ein Quantenbus, zum Transport einer Quanteninformation und ein daraus zusammengesetzter Quantencomputer sind beanspruchter Kern der hier vorgestellten Erfindung. Auch umfasst die Erfindung die notwendigen Verfahren zur Herstellung und zum Betrieb der Vorrichtung.

Description

Feld der Erfindung
Die Erfindung richtet sich auf Konzept für einen Quantenbus für einen NV-Zentren basierenden Quantencomputer. Das Konzept umfasst dessen Elemente sowie die notwendigen Verfahren zu dessen Betrieb und deren Zusammenwirken. Eine Quanten-ALU besteht aus einem Quantenbit, das als Terminal dient zusammen mit mehreren Kernquantenpunkten, die der eigentlichen Ausführung der Quantenoperationen dient. Insbesondere umfasst die Erfindung einen Quantenbus zur Verschränkung entfernt voneinander liegender Quantenpunkte verschiedener Quanten-ALUs und Selektionsmechanismen und selektive Ansteuerverfahren. Hierdurch wird die Verschränkung von zwei Kernquantenpunkten in unterschiedlichen Quanten-ALUs, die entfernt voneinander liegen mittels dieses Quantenbusses möglich. Außerdem wird ein Verfahren mit zugehörigen Vorrichtungselementen angegeben, um ein Berechnungsergebnis auszulesen.
Stand der Technik
Aus der Schrift Gurudev Dutt, Liang Jiang, Jeronimo R. Maze, A. S. Zibrov „Quantum Register Based on Individual Electronic and Nuclear Spin Qubits in Diamond", Science, Vol. 316, 1312-1316, 01.06.2007, DOI: 10.1126/science.1139831 ist ein Verfahren zur Kopplung des nuklearen Spins von C¹³ Kernen mit den Elektronenspins der Elektronenkonfiguration von NV-Zentren bekannt.
Aus der Schrift Thiago P. Mayer Alegre, Antonio C. Torrezan de Souza, Gilberto Medeiros-Ribeiro, „Microstrip resonator for microwaves with controllable polarization", arXiv:0708.0777v2 [condmat.other] 11.10.2007 ist ein kreuzförmiger elektrisch leitfähiger Mikrowellenresonator bekannt. Hierzu sei auf deren 2 verwiesen. Eine von den Autoren im ersten Abschnitt der Arbeit benannte Anwendung des kreuzförmigen Mikrowellenresonators ist die Ansteuerung von paramagnetischen Zentren mittels optisch detektierter magnetischer Resonanz (OMDR). Eine dediziert genannte Anwendung ist Quanteninformationsverarbeitung (QIP). Das Substrat des elektrisch leitfähigen Mikrowellenresonators ist dabei ein PCB (=printed circuit board). Die Dimensionen des Resonators liegen mit 5,5cm in der Größenordnung der Wellenlänge der einzukoppelnden Mikrowellenstrahlung. Der Mikrowellenresonator wird mittels Spannungsansteuerung gespeist. Die beiden Balken des Resonatorkreuzes sind elektrisch miteinander verbunden
Aus der Schrift Benjamin Smeltzer, Jean Mclntyre, Lilian Childress „Robust control of individual nuclear spins in diamond", Phys. Rev. A 80, 050302(R) - 25 November 2009 ist ein Verfahren zum Zugriff auf einzelne nukleare ¹³C-Spins mittels NV-Zenten in Diamant bekannt.
Aus der Schrift Petr Siyushev, Milos Nesladek, Emilie Bourgeois, Michal Gulka, Jaroslav Hruby, Takashi Yamamoto, Michael Trupke, Tokuyuki Teraji, Junichi Isoya, Fedor Jelezko, „Photoelectrical imaging and coherent spin-state readout of single nitrogen-vacancy centers in diamond" Science 15 Feb 2019, Vol. 363, Issue 6428, pp. 728-731, DOI: 10.1126/science.aav2789 ist das elektronische Auslesen von Spin-Zuständen der NV-Zentren bekannt.
Aus der Schrift Timothy J. Proctor, Erika Andersson, Viv Kendon „Universal quantum computation by the unitary control of ancilla qubits and using a fixed ancilla-register interaction", Phys. Rev. A 88, 042330-24 Okt. 2013 ist ein Verfahren zur Nutzung sogenannter Ancilla Quantenbits bekannt, um einen ersten nuklearen Spin mit einem zweiten nuklearen Spin zu verschränken.
Aus der US 9 317 473 B2 ist ein Konzept für einen skalierbaren Quanten-Computer bekannt, dessen Funktionstüchtigkeit bei Raumtemperatur zum Zeitpunkt der Anmeldung diese Schrift noch nicht demonstriert war. Die Kopplung zwischen NV-Zentren im NV^-Zustand erfolgt dabei über die Spins dunkler NV-Zentren, die sich nicht im NV^--Zustand befinden. Diese Ketten werden als Dark-Spin-Chain (englisch für dunkle-Spin-Kette) bezeichnet. Hintergrund ist, dass zu der Zeit der Anmeldung und späteren Offenlegung der US 9 317 473 B2 eine zuverlässige Fertigung der NV-Zentren mit hoher Ausbeute nicht möglich war. Die hier vorgelegte Schrift offenbart eine Möglichkeit zur Erhöhung der Ausbeute. Diese Bedeutung des Begriffs „dark spin chain“, der US 9 317 473 B2 ist beispielsweise aus der Schrift Yuting Ping, Brendon W. Lovett, Simon C. Benjamin, Erik M. Gauger, „Practicality of Spin Chain Wiring in Diamond Quantum Technologies“ Phys. Rev. Lett. 110, 100503 ist bekannt. Die
US 9 317 473 B2 sieht eine Parkettierung mit sehr vielen Substraten vor, was die Sache sehr kompliziert macht. Durch die hier offengelegte Methode zur Erzeugung von NV^--Zentren mit hoher Ausbeute, wird die Benutzung dieser „dark spin chains“, die sich nebenbei gesagt anscheinend nicht haben durchsetzen können“ überflüssig, da die NV^--Zentren bei genügend geringem Abstand dann direkt koppeln können. Diese direkte Kopplung zweier zufällig dicht beieinander liegender NV^--Zentren war aus dem Stand der Technik bereits als Möglichkeit bekannt. Die Ausbeute von 2% an NV^--Zentren pro implantiertem Stickstoffatom ließ aber die zuverlässige Fertigung bisher nicht zu.
Zur besseren Orientierung des Lesers verweisen wir hier ausdrücklich auf die NACH dem Prioritätsdatum 28.10.2019 der hier vorgelegten Schrift am 31.10.2019 veröffentlichte Schrift von Tobias Lühmann, Roger John, Ralf Wunderlich, Jan Meijer, Sebastien Pezzagna, „Coulomb-driven single defect engineering for scalable qubits and spin sensors in diamond", Nat Commun 10, 4956 (2019). https://doi.org/10.1038/s41467-019-12556-0.
Keine der vorgenannten Schriften mit Ausnahme der US 9 317 473 B2 erläutert den Aufbau und den Betrieb eines skalierbaren Quanten-Computers. Die US 9 317 473 B2 lässt viele Fragen hinsichtlich Aufbau und Betrieb offen. Die „dark spin chains“ haben sich nicht als praktikabel erwiesen.
Aufgabe
Die hier vorgelegte Erfindung stellt sich die Aufgabe einen Konstruktions-, Produktions- und Betriebsvorschlag für einen Quantencomputer anzugeben, der insbesondere das Potenzial hat, bei Raumtemperatur betrieben werden zu können.
Natürlich können solche Quantencomputer auch bei tieferen Temperaturen betrieben werden.
Lösung der Aufgabe
Erfindungsgemäßes Quantenbit
Eine Kernidee des erfindungsgemäßen Vorschlags ist ein Quantenbit (QUB), das eine besonders effiziente und relativ leicht, beispielsweise mittels E-Beam-Lithografie zu realisierende Vorrichtung zur Ansteuerung eines Quantenpunkts (NV) umfasst. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Quantenpunkt (NV) um einen punktförmigen Gitterfehler in einem Kristall, dessen Atome bevorzugt kein magnetisches Moment aufweisen. Bevorzugt ist das Material des Kristalls ein Wide-Bandgap-Material, um eine Einkopplung von Phononen in den Quantenpunkt (NV) zu minimieren. Besonders bevorzugt ist die Nutzung eines NV-Zentrums oder eines ST1-Zentrums oder eines L2-Zentrums als Quantenpunkt (NV) in Diamant als Substrat (D). Das NV-Zentrum ist dabei das bekannteste. Andere Quantenpunkte sind darüber hinaus denkbar. Beispielsweise können auch SiV-Zentren in Diamant als Quantenpunkt (NV) in dem Substrat (D) verwendet werden.
Die Forschung schreitet hier schnell voran, sodass sicherlich andere Substrate (D) mit anderen Farbzentren hier in Zukunft entwickelt werden erden. Diese sollen von der Beanspruchung hier umfasst sein.
Das vorgeschlagene Quantenbit (QUB) umfasst ein Substrat (D), das mit einer epitaktischen Schicht (DEPI) versehen ist. Im Falle von Industriediamanten als Substrat (D), die mit einem Hochdruckprozess aus einer Metallschmelze als Kohlenstofflösungsmittel gezogen werden, enthalten diese Substrate (D) oft noch insbesondere ferromagnetische Verunreinigungen in Form von Fremdatomen wie beispielsweise Eisen oder Nickel, die ein starkes magnetisches Moment aufweisen. Dieses parasitäre Magnetfeld würde die Quantenpunkte (NV) massiv beeinflussen und unbrauchbar machen. Des Weiteren ist ein isotopenreiner Diamant aus ¹²C-Atomen zu bevorzugen, da diese ebenfalls kein magnetisches Moment aufweisen. Da ein isotopenreiner Diamant sehr teuer ist, ist es sinnvoll, eine isotopenreine epitaktische Diamantschicht (DEPI) auf der Oberfläche eines Industriediamanten aufwachsen zu lassen. Die Dicke dieser epitaktischen Schicht (DEPI) wurde von den Autoren nicht im Detail untersucht. Mehrere µm erscheinen angebracht. Je nach Typ des Substrats (D) sollten im Rahmen einer Nacharbeit Versuche zur Minimierung der Dicke der epitaktischen Schicht (DEPI) mit verschiedenen Schichtdicken der epitaktischen Schicht (DEPI) unternommen werden, um die für den Anwendungszweck optimale Schichtdicke zu ermitteln. Bevorzugt ist die epitaktische Schicht (DEPI) im Falle einer epitaktischen Diamantschicht auf Diamant als Substrat (D) isotopenrein. Bei der Abscheidung beispielsweise mit einem CVD-Verfahren kann das Material der epitaktischen Schicht (DEPI) mit Fremdatomen, beispielsweise mit Schwefel, gezielt dotiert werden, um eine günstige Lage des Fermi-Niveaus zu erreichen und die Ausbeute der Quantenpunkte (NV) bei deren Fertigung zu erhöhen. Hierzu später mehr.
Ein Quantenbit (QUB) im Sinne dieser Offenlegung umfasst zumindest einen Quantenpunkt (NV) mit einem Quantenpunkttyp. Der Quantenpunkttyp bestimmt, von welcher Art der Quantenpunkt ist. Ein NV-Zentrum ist in diesem Sinne beispielsweise ein anderer Quantenpunkttyp als ein SiV-Zentrum. Bei dem Quantenpunkt (NV) handelt es sich bevorzugt um ein paramagnetisches Zentrum bevorzugt in einem Einkristall ausbevorzugt magnetisch neutralen Atomen. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich um ein Farbzentrum in einem Kristall als Substrat (D). Aufgrund der unmagnetischen Eigenschaften ist ein Diamantkristall bevorzugt, der wiederum bevorzugt isotopenrein ist. Aus Silizium sind aber auch Farbzentren bekannt. Silizium ist aber weniger geeignet. Auch wenn hier auf NV-Zentren in Diamant fokussiert wird, sind andere Kombinationen aus Farbzentren und Kristallen und Materialien mit umfasst, sofern sie geeignet sind. Bevorzugt besteht der Diamantkristall aus ¹²C-Isotopen. Bevorzugt weist der Diamantkristall im Bereich des Quantenpunkts (NV) keine weiteren Störungen auf. Bei dem Quantenpunkt handelt es sich bevorzugt um ein NV-Zentrum (NV). Andere Zentren, wie beispielsweise das SiV-Zentrum können auch als Quantenpunkt in Diamant verwendet werden. Wird Silizium als Substrat (D) verwendet, so kommen beispesweise Phosphor-Atome als Quantenpunkte in Frage.
Um weniger geeignete Materialien für das Substrat (D) verwenden zu können, beispielsweise Industriediamanten, wird bevorzugt, aber nicht notwendigerweise die epitaktische Schicht (DEPI), sofern vorhanden, auf dem Substrat (D) beispielsweise mittels CVD-Abscheidung aufgebracht.
Entscheidend ist nun die Kombination mit einer Vorrichtung, die zur Erzeugung eines zirkular polarisierten elektromagnetischen Strahlungsfeldes, insbesondere eines zirkular polarisierten Mikrowellenfeldes (B_MW), am Ort des Quantenpunkts (NV) geeignet ist. Im Stand der Technik werden hierzu in der Regel makroskopische Spulen eingesetzt. Diese Technik hat den Vorteil, dass das Feld einer Helmholzspule sehr gut berechnet werden kann und sehr homogen ist. Der Nachteil einer solchen Technik ist jedoch, dass das zirkularpolarisierte elektromagnetisch Wellenfeld mehrere, typischerweise im Vergleich zur Wellenlänge des zirkularpolarisierten Wellenfeldes dicht beieinanderliegende Quantenpunkte (NV) beeinflusst. Im Stand der Technik beeinflussen diese Einrichtungen, die typischerweise zur Einstrahlung einer Mikrowellenstrahlung in den Quantenpunkt benutzt werden, in der Regel gleich alle Quantenpunkte der Vorrichtung in gleicher Weise. Dies wird bei dem hier vorgelegten Vorschlag vermieden. Hier werden die Quantenpunkte im Nahfeld einer elektrischen Leitung (LH, IV) platziert.
Eine solche Vorrichtung ist in 1 dargestellt.
Das Substrat (D) und/oder die ggf. vorhandene epitaktische Schicht (DEPI) weisen eine Oberfläche (OF) auf. Im Sinne dieser Offenlegung liegen Leitungen (LH, LV) und deren Isolationsschichten (IS) in der Regel oberhalb der Oberfläche (OF).
Der Quantenpunkt (NV) ist, wie beschrieben, bevorzugt ein paramagnetisches Zentrum (NV) als Quantenpunkt (NV) in dem Substrat (D) und/oder in der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) platziert. Bevorzugt handelt es sich bei dem Substrat um Diamant und bei dem Quantenpunkt (NV) umd ein NV-Zentrum oder ein ST1-Zentrum oder ein L2-Zentrum.
Für die Beschreibung der Geometrie ist es notwendig, den Abstand (d1) zwischen dem Quantenpunkt (NV) und der Oberfläche (OF) und den dort befindlichen Vorrichtungen zum Manipulieren und Verschränken des Quantenpunkts (NV) mit anderen Quantenobjekten präzise beschreiben zu können.
Zu diesem Zweck wird ein gedachtes Lot längs einer gedachten Lot-Linie (LOT) vom Ort des Quantenpunkts (NV) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder zur Oberfläche (OF) der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) eingeführt, das längs dieser gedachten Lot-Linie (LOT) gefällt werden kann. Die gedachte Lot-Linie (LOT) durchstößt dann virtuell die Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) an einem Lotpunkt (LOTP).
Die Vorrichtung, die zur Erzeugung eines zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfeldes, insbesondere eines zirkular polarisierten Mikrowellenfeldes (B_MW), geeignet ist, befindet sich dann bevorzugt auf der Oberfläche des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) und zwar in der Nähe des Lot-Punktes (LOTP) oder am Lot-Punkt (LOTP). Hierbei bedeutet Nähe, dass die Vorrichtung so nahe am Quantenpunkt (NV) platziert ist, dass diese den Quantenpunkt (NV) bestimmungsgemäß so beeinflussen kann, dass die quantenmechanischen Operationen in endlicher Zeit möglich sind, so dass genügend Operationen durchgeführt werden können, bevor die Kohärenz versagt. Bevorzugt befindet sich die Vorrichtung also genau über dem Quantenpunkt (NV) auf der Oberfläche (OF) am Lot-Punkt (LOTP).
Ein zweites Merkmal betrifft nun die konkrete Ausgestaltung dieser Vorrichtung, die zur Erzeugung eines zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfeldes, insbesondere eines zirkular polarisierten Mikrowellenfeldes (B_MW), geeignet ist. Es wird vorgeschlagen, die Vorrichtung in Form einer horizontalen Leitung (LH) und einer vertikalen Leitung (LV) zu realisieren. Hierbei sollen die Begriffe „horizontal“ und „vertikal“ eher als Teil eines Namens für bestimmte Begrifflichkeiten verstanden werden. Später werden zugehörige horizontale und vertikale Ströme eingeführt, die diesen Leitungen zugeordnet sind.
Die horizontale Leitung (LH) und die vertikale Leitung (LV) befinden sich nun, da sie ja die besagte Vorrichtung darstellen, auf der Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder auf der Oberfläche (OF) der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI). Die horizontale Leitung (LH) und die vertikale Leitung (LV) kreuzen sich in der Nähe des Lot-Punktes (LOTP) oder am Lot-Punkt (LOTP) in einem von null verschiedenen Kreuzungswinkel (α). Bevorzugt ist der Kreuzungswinkel (α) ein rechter Winkel von 90° bzw. π/2. Die horizontale Leitung (LH) und die vertikale Leitung (LV) besitzen bevorzugt einen Winkel von 45° gegenüber der Achse der des Quantenpunkts (NV), insbesondere des NV-Zentrums (NV), um die Magnetfeldlinien der horizontalen Leitung und der vertikalen Leitung (LV) zu addieren. Hierzu werden bevorzugt (111), (100) oder (113) Diamanten verwendet. Zu diesen kristallografischen Oberflächennormalenrichtungen sind die Richtungen des NV-Zentrums 53° geneigt.
Es ist sinnvoll, dass die horizontale Leitung (LH) von der vertikalen Leitung (LV) elektrisch isoliert ist. Bevorzugt ist die horizontale Leitung (LH) von der vertikalen Leitung (LV) mittels einer elektrischen Isolation (IS) elektrisch isoliert. In den im Folgenden beschriebenen Betriebsverfahren wird „grünes Licht“ zum Zurücksetzen der Quantenpunkte (NV) verwendet. Der Begriff „grünes Licht“ ist hier funktional zu verstehen. Werden andere Farbzentren als NV-Zentren in Diamant verwendet, so kann Licht bzw. elektromagnetische Strahlung anderer Wellenlängen verwendet werden, dass dann hier aber auch als „grünes Licht“ bezeichnet wird. Damit dieses grüne Licht die Quantenpunkte erreichen kann, sollte die Struktur der horizontalen Leitung (LH) und der vertikalen Leitung (LV) ein Passieren des grünen Lichts in Richtung auf den jeweiligen Quantenpunkt (NV) zulassen. Alternativ ist ein Zuführen des „grünen Lichts“ von der Rückseite des Substrats (D) denkbar, sodass das „grüne Licht“ die horizontale Leitung (LH) und die vertikale Leitung (LV) nicht passieren muss.
Eine weitere einfache Möglichkeit ist es, wenn die horizontale Leitung (LH) und/oder die vertikale Leitung (LV) für „grünes Licht“ transparent ist. Hierzu umfassen insbesondere die horizontale Leitung (LH) und/oder die vertikale Leitung (LV) ein elektrisch leitendes und optisch für grünes Licht transparentes Material. Insbesondere ist die Verwendung von Indium-Zinn-Oxid (gebräuchliche Abkürzung ITO) zu empfehlen.
Ebenso ist es denkbar, dass die horizontale Leitung (LH) und/oder die vertikale Leitung (LV) aus Material gefertigt werden, dass bei unterschreiten einer kritischen Temperatur, der Sprungtemperatur (T_c) supraleitend wird. Typischerweise sind Supraleiter nicht transparent. Sofern das Licht von der Oberseite zugeführt werden soll können statt der Verwendung von ITO in der horizontalen Leitung (LH) und/oder der vertikalen Leitung (LV) auch Öffnungen vorgesehen werden, um das Licht passieren zu lassen. Aufgrund der kleinen Dimensionen ist dies aber nur sehr eingeschränkt möglich. Auch ist es denkbar, die horizontale Leitung (LH) und/oder die vertikale Leitung (LV) als abschnittsweise zusammengesetzt aus mehreren, parallelgeführten Leitungen zu fertigen. Die Einführung von Öffnungen und/oder das Parallelführen mehrerer Leitungen ist bei Verwendung von Supraleitern für die Herstellung der horizontalen Leitung (LH) und/oder der vertikalen Leitung (LV) insbesondere deswegen wichtig, um ein sogenanntes Pinning zu verhindern. Dies dient dazu, ein Einfrieren von Flussquanten zu verhindern und damit ein komplettes magnetisches Zurücksetzen zu ermöglichen.
Wie bereits beschrieben weist das vorgeschlagene Quantenbit (QUB) eine Oberfläche (OF) mit der horizontalen Leitung (LH) und mit der vertikalen Leitung (LV) auf. Ebenso weist das vorgeschlagene Quantenbit (QUB) eine der Oberfläche (OF) gegenüberliegende Unterseite (US) auf. Eine weitere Möglichkeit, den Lichtzugang zum Quantenbit zu gewährleisten ist, das Quantenbit (QUB) so zu montieren, dass die Unterseite (US) des Quantenbits (QUB) mit „grünem Licht“ so bestahlt werden kann, dass das „grüne Licht“ den Quantenpunkt (NV) erreichen und beeinflussen kann.
In den hier diskutierten Beispielen wird bevorzugt auf Substrate (D) aus Diamant eingegangen, was bereits eine bevorzugte Klasse von Quantenpunkttypen festlegt. Des Weiteren wird angenommen, dass ein Quantenpunkt (NV) bevorzugt ein paramagnetisches Zentrum (NV) ist. Auch wird angenommen, dass das Substrat (D) Diamant umfasst und ein Quantenpunkt (NV) ein NV-Zentrum ist. Die Erfindung ist hierauf aber nicht beschränkt. In dieser Schrift wird für den Begriff Quantenpunt (NV) und den Begriff (paramagnetisches Zentrum (NV) und den Begriff NV-Zentrum (NV) stets das gleiche Bezugszeichen (NV) der Obermenge Quantenpunkt (NV) verwendet. Wie oben bereits beschrieben, können andere Substrate (D) aus anderen Materialien mit anderen Zentren verwendet werden, die somit wiederum andere Quantenobjekttypen definieren. Auch können andere Farbzentren in Diamant verwendet werden, die wiederum andere Quantenobjekttypen definieren.
Die Wellenlängen und Frequenzen müssen dann ggf. angepasst werden. Hier wird beispielhaft bevorzugt ein System mit NV-Zentren in Diamant beschrieben.
Stattdessen ist es somit auch denkbar, dass das Substrat (D) Diamant umfasst und ein Quantenpunkt (NV) ein SiV-Zentrum oder ein ST1-Zentrum oder ein L2-Zentrum ist.
Allgemein kommen andere Farbzentren und Störstellen und Gitterfehler in Diamant somit auch in Frage. Verschiedene Ergebnisse deuten darauf hin, dass, wenn das Substrat (D) Diamant umfasst, der der Quantenpunkt (NV) bevorzugt eine Fehlstelle (Englisch Vacancy) umfassen sollte. Entsprechend sollte der Quantenpunkt (NV) in Diamant als Substrat (D) beispielsweise dann ein Si-Atom oder ein Ge-Atom oder ein N-Atom oder ein P-Atom oder ein As-Atom oder ein Sb-Atom oder ein Bi-Atom oder ein Sn-Atom oder ein Mn-Atom oder ein F-Atom oder ein anderes Atom, das in Diamant ein Farbzentrun mit einem paramagnetischen Verhalten erzeugt, umfassen.
Später werden in dieser Offenlegung noch Kernquantenbits (CQUB) mit Kernquantenpunkten (CI) beschrieben. Um diese zusammen mit einem NV-Zentrum (NV) in Diamant als Substrat (D) zu fertigen, ist es sinnvoll, wenn der betreffende Quantenpunkt (NV) ein NV-Zentrum mit einem ¹⁵N Isotop als Stickstoffatom oder mit einem ¹⁴N Isotop als Stickstoffatom ist. Dabei wird die Verwendung eines ¹⁵N Isotops besonders bevorzugt. Auch ist es denkbar, isotopenreine ¹²C-Diamanten zu verwenden und in der Nähe, also im Wirkungsbereich des Quantenpunkts (NV) ein oder mehrere ¹³C-Kolenstoff-Isotope zu implantieren oder abzuscheiden oder zu platzieren. Ganz besonderes bevorzugt werden 10-100 dieser ¹³C-Isotope dort platziert. Nähe ist hier so zu verstehen ist, dass das Magnetfeld des Kernspins des einen oder der mehreren¹³C-Atome den Spin einer Elektronenkonfiguration des Quantenpunkts (NV) beeinflussen können und dass der Spin der Elektronenkonfiguration des Quantenpunkts (NV) den Kernspin eines oder mehrerer dieser ¹³C-Isotope beeinflussen kann. Damit wird ein Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) möglich.
Ganz allgemein kann somit ein Quantenbit (QUB) definiert werden, bei dem der Quantenpunkttyp des Quantenbits (QUB) dadurch gekennzeichnet ist, dass das Substrat (D) ein Diamant-Material umfasst und ein oder mehrere Isotope mit einem Kernspin in der Nähe des Quantenpunkts (NV) angeordnet ist. Hierbei ist Nähe dann wieder so zu verstehen ist, dass das Magnetfeld des Kernspins des einen oder der mehreren Isotope den Spin einer Elektronenkonfiguration des Quantenpunkts (NV) beeinflussen können und dass der Spin der Elektronenkonfiguration des Quantenpunkts (NV) den Kernspin eines oder mehrerer dieser Isotope beeinflussen kann.
Da isotopenreine Diamanten extrem teuer sind, ist es sinnvoll wenn der Quantenpunkttyp des Quantenbits dadurch gekennzeichnet ist, dass das Substrat (D) ein Diamant-Material umfasst und dass das Diamant-Material eine epitaktisch aufgewachsene isotopenreine Schicht aus ¹²C-Isotopen umfasst. Diese kann beispielsweise mittels CVD und anderen Abscheidemethoden auf der ursprünglichen Oberfläche des Diamanten abgeschieden werden.
Für die Funktionstüchtigkeit der NV-Zentren (NV) in einem Diamanten als Substrat (D) ist es wichtig, dass das Substrat (D), also der Diamant, in der Nähe des NV-Zentrums (NV) n-dotiert ist, damit sich das NV-Zentrum mit hoher Wahrscheinlichkeit in einem negativ geladenen Zustand befindet, da es die überschüssigen Elektronen einfängt. Diese Erkenntnis ist eine der wesentlichsten, die Produzierbarkeit des hier vorgelegten Vorschlags sicherzustellen. Um den Quantenpunkt (NV) unabhängig vom Substrat und vom verwendeten paramagnetischen Zentrum (NV) bzw. unabhängig vom als Quantenpunkt (NV) verwendeten Quantenpunkttyp nicht zu stören sollten verwendete Dotierstoffe keinen Kernspin oder nur einen unwesentlichen Kernspin aufweisen. Für NV-Zentren in Diamant ist eine Dotierung im Bereich des Quantenpunkts (NV) mit kernspinfreiem und zwar insbesondere mit ³²S-Isotopen zu empfehlen, da diese sich bewährt haben. Ganz allgemein sollen somit im Bereich des Quantenpunkts (NV) kernspinfreie Isotopen zur Dotierung verwendet werden. Der Begriff „Bereich“ ist hierbei als Wirkungsbereich für eine direkte oder indirekte Wechselwirkung zu verstehen. Eine direkte Wechselwirkung erfolgt dabei von einem Quantenobjekt - z.B. einem Quantenpunkt -direkt zu dem anderen Quantenobjekt -z.B. einem anderen Quantenpunkt -. Eine indirekte Wechselwirkung erfolgt unter Zuhilfenahme zumindest eines weiteren Quantenobjekts - z.B. eines dritten Quantenpunkts -. Hierzu sei auf die im Folgenden später beschriebenen Ausführungen zum „Quantenbus“ verwiesen. Bevorzugt befindet sich der Quantenpunkt (NV) in einem mehr oder weniger vorgegebenen ersten Abstand (d1) längs der virtuellen Lot-Linie (LOT) unter der Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI). Bevorzugt beträgt dieser erste Abstand (d1) 2 nm bis 60 nm beträgt und/oder besser 5 nm bis 30 nm beträgt und/oder 10 nm bis 20 nm, wobei insbesondere ein erster Abstand (d1) von 5 nm bis 30 nm bevorzugt ist.
Um die Einkopplung von Steuersignalen des Quantenbits (QUB) in andere Quantenbits (QUB2) einer Vorrichtung zu vermindern oder sogar zu vermeiden, ist es sinnvoll, durch Mikrostreifenleitungen, auch Mikrostrip-Leitungen genannt, die Feldausdehnung auf das Mindestmaß zu reduzieren. Es wird daher hier ein Quantenbit (QUB) vorgeschlagen, bei dem die horizontale Leitung (LH, LH1) und die vertikale Leitung (LV, LV1) jeweils Teil einer jeweiligen Mikrostreifenleitung und/oder Teil einer jeweiligen Tri-Plate-Leitung sind. Im Falle der Verwendung von Mikrostreifenleitungen umfasst dann die vertikale Mikrostreifenleitung eine erste vertikale Abschirmleitung (SV1) und die vertikale Leitung (LV) und die horizontale Mikrostreifenleitung eine erste horizontale Abschirmleitung (SH1) und die horizontale Leitung (LH).
Im Falle einer Tri-Plate-Leitung umfasst die vertikale Tri-Plate-Leitung eine erste vertikale Abschirmleitung (SV1) und eine zweite vertikale Abschirmleitung (SV2) und die vertikale Leitung (LV). Die vertikale Leitung (LV) verläuft in diesem Falle bevorzugt zumindest teilweise zwischen der ersten vertikalen Abschirmleitung (SV1) und der zweiten vertikalen Abschirmleitung (SV2).
Die horizontale Tri-Plate-Leitung umfasst in diesem Fall bevorzugt eine erste horizontale Abschirmleitung (SH1) und eine zweite horizontale Abschirmleitung (SH2) und die horizontale Leitung (LV), die zumindest teilweise zwischen der ersten horizontalen Abschirmleitung (SH1) und der zweiten horizontalen Abschirmleitung (SH2) verläuft.
Bevorzugt, aber nicht notwendiger Weise ist im Falle der Verwendung von Tri-Plate-Leitungen die Summe der Ströme (ISV1, IV, ISV2) durch die Tri-Plate-Leitung (SV1, LV, SV2) null, wodurch das Magnetfeld dieser Ströme auf den Nahbereich dieser Leitungen begrenzt bleibt.
Diese Begrenzung des Magnetfeldes kann besser definiert werden (Siehe 16). Hierzu wird ein erstes weiteres vertikales Lot längs einer ersten weiteren vertikalen Lot-Linie (VLOT1) parallel zur ersten Lot-Linie (LOT) vom Ort eines ersten virtuellen vertikalen Quantenpunkts (VVNV1) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gefällt. Dieser erste virtuelle vertikale Quantenpunkt (VVNV1) befinde sich nun ebenfalls in dem ersten Abstand (d1) von der Oberfläche (OF) und somit auf der gleichen Tiefe wie der Quantenpunkt (NV). Die erste weitere vertikale Lot-Linie (VLOT1) durchstößt dann die Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) an einem ersten weiteren vertikalen Lotpunkt (VLOTP1). Die horizontale Leitung (LH) und die erste vertikale Abschirmleitung (SV1) befinden sich wieder auf der Oberfläche des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI). Die horizontale Leitung (LH) und die erste vertikale Abschirmleitung (SV1) kreuzen sich nun bevorzugt in der Nähe des ersten vertikalen Lot-Punktes (VLOTP1) oder am ersten vertikalen Lot-Punkt (VLOTP1) in dem von Null verschiedenen Kreuzungswinkel (α). Ebenso kann auf der gegenüber liegenden Seite des Quantenpunkts (NV) ein zweites weiteres vertikales Lot längs einer zweiten weiteren vertikalen Lot-Linie (VLOT2) parallel zur ersten Lot-Linie (LOT) vom Ort eines zweiten virtuellen vertikalen Quantenpunkts (VVNV2) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gefällt werden. Der zweite virtuelle vertikale Quantenpunkt (VVNV2) befindet sich dabei ebenfalls in dem ersten Abstand (d1) von der Oberfläche (OF) unter derselben. Die zweite weitere vertikale Lot-Linie (VLOT2) durchstößt die Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) an einem zweiten weiteren vertikalen Lotpunkt (VLOTP2). Die horizontale Leitung (LH) und die zweite vertikale Abschirmleitung (SV2) befinden sich wieder auf der Oberfläche des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI). Die horizontale Leitung (LH) und die zweite vertikale Abschirmleitung (SV2) kreuzen sich in analoger Weise in der Nähe des zweiten vertikalen Lot-Punktes (VLOTP2) oder am zweiten vertikalen Lot-Punkt (VLOTP2) in dem von Null verschiedenen Kreuzungswinkel (α). Die Einzelströme (ISV1, IV, ISV2) durch die einzelnen Leitungen (SV1, LV, SV2) der Triplate-Leitung sind nun bevorzugt so gewählt, dass der Betrag des ersten virtuellen vertikalen magnetischen Flussdichtevektors (B_VVNV1 ) am Ort des ersten virtuellen vertikalen Quantenpunkts (VVNV1) nahezu Null ist und dass der Betrag des zweiten virtuellen vertikalen magnetischen Flussdichtevektors (B_VVNV2 ) am Ort des zweiten virtuellen vertikalen Quantenpunkts (VVNV2) nahezu Null ist und dass der Betrag des magnetischen Flussdichtevektors (B_NV ) am Ort des Quantenpunkts (NV) von Null verschieden ist. Wie leicht zu erkennen ist, ist dies am Ende ein Polynom-Approximationsproblem mit jeder Abschirmleitung parallel zu einer Leitung (LH, LV) mehr kann ein weiterer Abschirmstrom frei gewählt werden und damit die Approximation verbessert werden. Der Nachteil ist, dass hierdurch der Mindestabstand zwischen zwei Quantenbits (QUB1, QUB2) vergrößert wird und dadurch die Koppelfrequenz steigt und damit die Anzahl der durchführbaren Operationen sinkt.
In analoger Weise kann die Approximation des Feldes längs der horizontalen Leitung vorgenommen werden. Dabei kann ein erstes weiteres horizontales Lot längs einer ersten weiteren horizontalen Lot-Linie (HLOT1) parallel zur ersten Lot-Linie (LOT) vom Ort eines ersten virtuellen horizontalen Quantenpunkts (VHNV1) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gefällt werden. Der erste virtuelle horizontale Quantenpunkt (VHNV1) befindet sich in dem ersten Abstand (d1) von der Oberfläche (OF) unter derselben. Die erste weitere horizontale Lot-Linie (VLOT1) durchstößt die Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) an einem ersten weiteren horizontalen Lotpunkt (HLOTP1). Die vertikale Leitung (LV) und die erste horizontale Abschirmleitung (SH1) befinden auf der Oberfläche des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI). Die vertikale Leitung (LV) und die erste horizontale Abschirmleitung (SH1) kreuzen sich in der Nähe des ersten horizontalen Lot-Punktes (HLOTP1) oder am ersten horizontalen Lot-Punkt (HLOTP1) in dem von Null verschiedenen Kreuzungswinkel (α). Ein zweites weiteres horizontales Lot kann längs einer zweiten weiteren horizontalen Lot-Linie (HLOT2) parallel zur ersten Lot-Linie (LOT) vom Ort eines zweiten virtuellen horizontalen Quantenpunkts (VHNV2) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gefällt werden. Der zweite virtuelle horizontale Quantenpunkt (VHNV2) befindet sich in dem ersten Abstand (d1) von der Oberfläche (OF) unter derselben. Die zweite weitere horizontale Lot-Linie (HLOT2) durchstößt die Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) an einem zweiten weiteren horizontalen Lotpunkt (HLOTP2). Die vertikale Leitung (LV) und die zweite horizontale Abschirmleitung (SH2) befinden sich auf der Oberfläche des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI). Die vertikale Leitung (LV) und die zweite horizontale Abschirmleitung (SH2) kreuzen sich in der Nähe des zweiten horizontalen Lot-Punktes (HLOTP2) oder am zweiten horizontalen Lot-Punkt (HLOTP2) in dem von Null verschiedenen Kreuzungswinkel (α). Die Einzelströme (ISH1, IH, ISH2) durch die einzelnen Leitungen (SH1, LH, SH2) der Triplate-Leitung sind auch hier dabei so gewählt, dass der Betrag des ersten virtuellen horizontalen magnetischen Flussdichtevektors (B_VHNV1 ) am Ort des ersten virtuellen horizontalen Quantenpunkts (VHNV1) nahezu Null ist und dass der Betrag des zweiten virtuellen horizontalen magnetischen Flussdichtevektors (B_vHNV2 ) am Ort des zweiten virtuellen horizontalen Quantenpunkts (VHNV2) nahezu Null ist und dass der Betrag des magnetischen Flussdichtevektors (B_NV ) am Ort des Quantenpunkts (NV) von Null verschieden ist.
Um erzeugte Fotoelektronen absaugen zu können, ist es sinnvoll wenn im Bereich oder in der Nähe des Lotpunkts (LOTP) das Substrat (D) mittels zumindest eines ersten horizontalen ohmschen Kontakts (KH11) mit der ersten horizontalen Abschirmleitung (SH1) verbunden ist und /oder wenn im Bereich oder in der Nähe des Lotpunkts (LOTP) das Substrat (D) mittels zumindest eines zweiten horizontalen ohmschen Kontakts (KH12) mit der zweiten horizontalen Abschirmleitung (SH2) verbunden ist und /oder wenn im Bereich oder in der Nähe des Lotpunkts (LOTP) das Substrat (D) mittels zumindest eines ersten vertikalen ohmschen Kontakts (KV11) mit der ersten vertikalen Abschirmleitung (SV1) verbunden ist und /oder wenn im Bereich oder in der Nähe des Lotpunkts (LOTP) das Substrat (D) mittels zumindest eines zweiten vertikalen ohmschen Kontakts (KV12) mit der zweiten vertikalen Abschirmleitung (SV2) verbunden ist und/oder wenn im Bereich oder in der Nähe des Lotpunkts (LOTP) das Substrat (D) mittels zumindest eines zweiten vertikalen ohmschen Kontakts (KV12) mit einer Absaugleitung verbunden ist. Bevorzugt umfasst ein ohmscher Kontakt (KV11, KV12, KH11, KH12) Titan. Die Verwendung anderer ohmscher Kontakte ist möglich.
Erfindungsgemäßes Kernquantenbit (CQUB)
Der nun folgende Abschnitt ist in seinem Kern eine Wiederholung des vorhergehenden Abschnitts mit dem Unterschied, dass das Quantenbit nun strukturell nicht auf Elektronenspins, sondern auf Kernspins basiert. Wie bereits erwähnt können u.a. ¹³C-Isotope im Falle eines Diamant-Substrats Verwendung finden. Wichtig ist hier das die ¹³C-Isotope möglichst nahe an die Quantenpunkte in Form der NV-Zentren im Herstellungsprozess gebracht werden können und unterschiedliche Positionen zum Quantnpunkt, also z.B. einem NV-Zentrum, einnehmen. Man kann dabei sehr viele ¹³C-Isotope implantieren da sie sich gegenzeitig nicht stören. Im Gegensatz zu elektrischen Spins der Elektronenkonfigurationen der Quantenpunkte, die eine lange Reichweite haben, haben der Kernspins der Kernquantenpunkte nur eine sehr kurze Reichweite. Daher ist es bevorzugt, eine Verbindung zwischen Kernquantenpunkten über Quantenpunkte herzustellen. Dies wird durch den später beschriebenen Quantenbus (QUBUS) vorgenommen.
Um geeignete Strukturen herzustellen, kann man beispielsweise Hepteamin oder eine andere geeignete Kohlenstoffverbindung mit einem Stickstoffatom implantieren. Geeignet gefertigtes Heptamin kann ein N-Stickstoff-Atom und 5 ¹³C-Isotope umfassen. In dem Fall kann das das Stickstoffatom zusammen mit den ¹³C-Isotopen implantiert werden. Das Stickstoffatom bildet dann bevorzugt das NV-Zentrum, also den Quantenpunkt (NV), während die ¹³C-Isotope die Kernquantenpunkte (CI) ausbilden .Dies hat den Vorteil, dass auf diesem Wege ein komplexeres Register in einem Fertigungsschritt hergestellt werden kann.
Dabei handelt es sich bevorzugt um ein Verfahren zum Herstellen einer QuantenALU umfassend den Schritt des Implantieren eines kohlenstoffhaltigen Moleküls, wobei das Molekül zumindest ein oder zwei oder drei oder vier oder fünf oder sechs oder sieben oder mehr ¹³C-Isotope umfasst und wobei das Molekül mindestens ein Stickstoffatom umfasst.
Ein auf Kernquantenpunkten (CI) basierendes Kernquantenbit (CQUB) umfasst daher bevorzugt eine Vorrichtung zur Ansteuerung des Kernquantenpunkts (CI), ein Substrat (D), ggf. mit einer epitaktischen Schicht (DEPI), den Kernquantenpunkt (Cl) und eine Vorrichtung, die zur Erzeugung eines elektromagnetischen bevorzugt zirkular polarisierten Wellenfeldes (B_RW) am Ort des Kernquantenpunkts (CI) geeignet ist. Bevorzugt ist, wie bereits oben beschrieben, die epitaktische Schicht (DEPI), sofern vorhanden, auf dem Substrat (D) aufgebracht. Das Substrat (D) und/oder die ggf. vorhandene epitaktische Schicht (DEPI) weist eine Oberfläche (OF) auf. Der Kernquantenpunkt (Cl) weist ein magnetisches Moment, insbesondere einen Kernspin, auf. Die Vorrichtung, die zur Erzeugung eines elektromagnetischen, insbesondere zirkular polarisierten, Wellenfeldes (B_RW) geeignet ist, befindet sich bevorzugt sich auf der Oberfläche des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI).
Wie beim Quantenbit (QUB) kann wieder ein Lot längs einer Lot-Linie (LOT) vom Ort des Kernquantenpunkts (Cl) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gefällt werden. Die Lot-Linie (LOT) durchbricht die Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) an einem Lotpunkt (LOTP). Die Vorrichtung, die zur Erzeugung eines, insbesondere zirkular polarisierten, elektromagnetischen Wellenfeldes, insbesondere eines Radiowellenfeldes (B_RW), geeignet ist, befindet sich bevorzugt in der Nähe des Lot-Punktes (LOTP) oder am Lot-Punkt (LOTP).
Das vorgeschlagene Kernquantenbit (CQUB) umfasst bevorzugt eine horizontale Leitung (LH) und eine vertikale Leitung (LV), die bevorzugt auf der Oberfläche des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) befinden. Bevorzugt bilden die horizontale Leitung (LH) und die vertikale Leitung (LV) die bereits erwähnte Vorrichtung, die zur Erzeugung eines, insbesondere zirkular polarisierten, elektromagnetischen Wellenfeldes, insbesondere eines Radiowellenfeldes (B_RW), am Ort des Kernquantenpunkts (CI) geeignet ist.
Bevorzugt kann ein virtuelles Lot längs einer virtuellen Lot-Linie (LOT) vom Ort des Kernquantenpunkts (Cl) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gefällt werden, wobei die Lot-Linie (LOT) die Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) an einem Lotpunkt (LOTP) durchstößt und wobei sich die horizontale Leitung (LH) und die vertikale Leitung (LV) in der Nähe des Lot-Punktes (LOTP) oder am Lot-Punkt (LOTP) in einem von null verschiedenen Kreuzungswinkel (α) kreuzen.
Die horizontale Leitung (LH) ist bevorzugt von der vertikalen Leitung (LV) bevorzugt mittels einer elektrischen Isolation (IS) elektrisch isoliert. Dabei ist bevorzugt die horizontale Leitung (LH) und/oder die vertikale Leitung (LV) für „grünes Licht“ transparent und bevorzugt aus einem elektrisch leitenden und optisch für grünes Licht transparenten Material, insbesondere aus Indium-Zinn-Oxid (gebräuchliche Abkürzung ITO) gefertigt.
Der Winkel (α) ist bevorzugt im Wesentlichen ein rechter Winkel. Bevorzugt umfasst das Substrat (D) ein paramagnetisches Zentrum und/oder einen Quantenpunkt (NV). Des Weiteren umfasst das Substrat (D) bevorzugt Diamant. Bevorzugt umfasst das Substrat (D) Diamant mit einem NV-Zentrum und/oder einem ST1-Zentrum und/oder einem L2-Zentrum und/oder ein SiV-Zentrum als Quantenpunkt (NV). Bevorzugt umfasst das Substrat (D) Diamant und einen Quantenpunkt (NV), wobei der Quantenpunkt (NV) eine Fehlstelle (Englisch Vacancy) oder eine andere Störstelle umfasst. Bevorzugt umfasst das Substrat (D) Diamant und einen Quantenpunkt (NV), wobei der Quantenpunkt (NV) ein Si-Atom oder ein Ge-Atom oder ein N-Atom oder ein P-Atom oder ein As-Atom oder ein Sb-Atom oder ein Bi-Atom oder ein Sn-Atom oder ein Mn-Atom oder eine F-Atom oder ein anderes Atom, das in Diamant ein Farbzentrun und/oder eine Störstelle mit einem paramagnetischen Verhalten erzeugt, umfasst. In einer weiteren Variante umfasst das Substrat (D) Diamant und einen Kernquantenpunkt (CI), der einen Atomkern eines ¹³C-Isotops oder eines ¹⁴N-Isotops oder eines ¹⁵N-Isotops oder eines anderen Atoms, dessen Atomkern ein magnetisches Moment aufweist.
In einer wichtigen Variante wird das NV-Zentrum selbst als Kernquantenpunkt (CI) und als Quantenpunkt (NV) gleichzeitig ausgebildet In diesem Fall umfasst das Substrat (D) Diamant und bevorzugt als Kernquantenpunkt (Cl) den Atomkern eines ¹⁴N Isotops oder eines ¹⁵N Isotops des Sickstoffatoms, der das Stickstoffatom des betreffenden NV-Zentrums ist.
Bei Kernquantenpunkten auf Basis von ¹³C-Isotopen umfasst bevorzugt das Substrat (D) Diamant und der Kernquantenpunkt (Cl) ist bevorzugt der Atomkern eines ¹³C-Isotops. Ein NV-Zentrum oder ein ST1-Zentrum oder ein L2-Zentrum oder ein anderes paramagnetisches Zentrum ist dann bevorzugt in der Nähe des ¹³C-Isotops angeordnet. Dabei ist Nähe hier wieder so zu verstehen, dass das Magnetfeld des Kernspins des ¹³C-Atoms den Spin der Elektronenkonfiguration des NV-Zentrums bzw. des ST1-Zentrums bzw. des L2-Zentrums bzw. des anderen paramagnetischen Zentrums beeinflussen kann und dass der Spin der Elektronenkonfiguration des NV-Zentrums bzw. des ST1-Zentrums bzw. des L2-Zentrums bzw. des anderen paramagnetischen Zentrums den Kernspin des ¹³C-Isotops beeinflussen kann.
An dieser Stelle sei nur der Vollständigkeit halber erwähnt, dass ein Kernspin ein Kernspin mit einem Kernspin betragsmäßig größer 0 ist.
Ganz allgemein kann als Kernquantenbit (CQUB) eine Konstruktion definiert werden, bei der das Substrat (D) Diamant umfasst und wobei der Kernquantenpunkt (Cl) ein Isotop mit einem Kernspin ist und wobei ein NV-Zentrum oder ein ST1-Zentrum oder ein L2-Zentrum oder ein anderes paramagnetisches Zentrum in der Nähe des Isotops mit dem Kernspin angeordnet ist und wobei Nähe auch hier so zu verstehen ist, dass das Magnetfeld des Kernspins des Isotops den Spin der Elektronenkonfiguration des NV-Zentrums beeinflussen kann und dass der Spin der Elektronenkonfiguration des NV-Zentrums bzw. des ST1-Zentrums bzw. des L2-Zentrums bzw. des anderen paramagnetischen Zentrums den Kernspin des Isotops beeinflussen kann.
Es können auch mehrere Kernspins verwendet werden. Das entsprechende Kernquantenbit (CQUB) ist dann so definiert, dass das Substrat (D) Diamant umfasst, wobei der Kernquantenpunkt (Cl) ein Isotop mit einem Kernspin ist und wobei mindestens ein weiterer Kernquantenpunkt (CI') ein Isotop mit einem Kernspin ist und wobei ein NV-Zentrum oder ein ST1-Zentrum oder ein L2-Zentrum oder ein anderes paramagnetisches Zentrum in der Nähe des Kernquantenpunkts (CI) angeordnet ist und wobei das NV-Zentrum oder das ST1-Zentrum oder das L2-Zentrum oder das anderes paramagnetisches Zentrum in der Nähe des mindestens einen weiteren Kernquantenpunkts (CI') angeordnet ist und wobei Nähe hier so zu verstehen ist, dass das Magnetfeld des Kernquantenpunkts (Cl) den Spin der Elektronenkonfiguration des NV-Zentrums bzw. des ST1-Zentrums bzw. des L2-Zentrums bzw. des anderen paramagnetischen Zentrums beeinflussen kann und dass das Magnetfeld des mindestens einen weiteren Kernquantenpunkts (CI') ebenfalls den Spin der Elektronenkonfiguration des NV-Zentrum bzw. des ST1-Zentrums bzw. des L2-Zentrums bzw. des anderen paramagnetischen Zentrums beeinflussen kann und dass der Spin der Elektronenkonfiguration des NV-Zentrum bzw. des ST1-Zentrums bzw. des L2-Zentrums bzw. des anderen paramagnetischen Zentrums den Kernspin des Kernquantenpunkts (CI) beeinflussen kann und dass der Spin der Elektronenkonfiguration des NV-Zentrum bzw. des ST1-Zentrums bzw. des L2-Zentrums bzw. des anderen paramagnetischen Zentrums den Kernspin des mindestens einen weiteren Kernquantenpunkts (CI') beeinflussen kann. Dies ist eine einfache QuantenALU (QUALU).
Bevorzugt liegt die Kopplungsstärke zwischen einem Kernquantenbit (CI, CI') und der Elektronenkonfiguration des NV-Zentrum bzw. des ST1-Zentrums bzw. des L2-Zentrums bzw. des anderen paramagnetischen Zentrums in einem Bereich von 1 kHz bis 200 GHz und/oder besser 10 kHz bis 20 GHz und/oder besser 100 kHz bis 2 GHz und/oder besser 0,2 MHz bis 1 GHz und/oder besser 0,5 MHz bis 100 MHz und/oder besser 1 MHz bis 50 MHz, insbesondere bevorzugt bei 10 MHz.
Bevorzugt ist ein Quantenpunkt bzw. ein paramagnetisches Zentrum (NV1), beispielsweise ein NV-Zentrum, mit einem Ladungsträger, im Falle des NV_-Zentrums mit einem Elektron, oder mit einer Ladungsträgerkonfiguration, im Falle des NV_-Zentrums mit einer Elektronenkonfiguration, in der Nähe des Kernquantenpunkts (CI) angeordnet. Die negative Ladung des Quantenpunkts (NV-Zentrums) ergibt sich im Falle des NV-Zentrums als Quantenpunkt durch die bereits erwähnte bevorzugte Schwefeldotierung des Diamanten. Im Falle der Verwendung anderer Quantenpunkttypen als der von NV-Zentren in Diamant, können Ladungsträger bzw. Ladungsträgerkonfiguration, Farbzentrum, also Quantenpunkttyp, und Dotierung des Substrats (D) bzw. der epitaktischen Schicht (DEPI) entsprechend angepasst werden. Der Ladungsträger bzw. die Ladungsträgerkonfiguration - hier beispielhaft ein Elektron bzw. eine Elektronenkonfiguration - weisen einen Ladungsträger-Spin-Zustand auf. Der Kernquantenpunkt (Cl) weist einen Kern-Spin-Zustand auf. Der Begriff „Nähe“ ist hierbei so zu verstehen, dass der Kern-Spin-Zustand den Ladungsträger-Spin-Zustand beeinflussen kann und/oder dass der Ladungsträger-Spin-Zustand den Kern-Spin-Zustand beeinflussen kann.
Die hier vorgelegte Beschreibung fokussiert auf einen Quantencomputer bei dem das Substrat (D) Diamant umfasst ohne sich darauf zu beschränken. Um eine parasitäre Kopplung zwischen den NV-Zentren bzw. anderen verwendeten Farbzentren und den Kernspins des Substrats (D) zu unterbinden, ist es sinnvoll, wenn der Diamant eine epitaktisch aufgewachsene isotopenreine Schicht aus ¹²C-Isotopen aufweist. Isotopenreinheit liegt im Sinne dieser Offenlegung dann vor, wenn der Anteil an ¹³C-Atomen im Radius von 1µm, besser im Radius von 0,5µm, besser im Radius von 0,2µm, besser im Radius von 0,1µm, besser im Radius von 50nm, besser im Radius von 20nm um das NV-Zentrum herum kleiner als 1%, besser kleiner als 0,1%, besser kleiner als 0,01%, besser kleiner als 0,001% ist. Hierbei werden solche ¹³C-Isotope, die selbst Teil des Quanten-Computers sind oder im Betrieb des Quanten-Computers verwendet werden oder die für eine solche Verwendung vorgesehen sind, nicht mitgezählt und wie ¹²C-Isotope gewertet, da es bei dieser Qualitätsbetrachtung des Materials um eine Minimierung von unbeabsichtigten Störquellen für den Betrieb des Quanten-Computers geht. Um eine Ankopplung des Kernquantenbits (CQUB) über einen später beschriebenen Quantenbus (QBUS) zu ermöglichen, ist es bevorzugt, wenn das Substrat (D) im Bereich des Kernquantenpunkts (CI) n-dotiert ist. Dies erhöht im Falle eines NV-Zentrums (NV) in Diamant die Wahrscheinlichkeit, dass sich bei Implantation eines Stickstoffatoms tatsächlich ein NV-Zentrum (NV) am vorbestimmten Ort bildet. Ähnliche Mechanismen greifen im Falle anderer Substrate und Zentren. Wie oben bereits beschrieben, ist das Substrat (D) dann bevorzugt Diamant und im Bereich des Kernquantenpunkts (CI) mit Schwefel und zwar bevorzugt mit kernspinfreiem Schwefel und zwar besonders bevorzugt mit ³²S-Isotopen dotiert. Da die Wirkung auf die Fehlstellen (Englisch Vacancies) hier maßgeblich ist, die sich durch eine negative Ladung voneinander abstoßen, wird hierdurch eine Wirkung erzielt, die eine Zusammenballung der Fehlstellen im Kristall reduziert. Bei Verwendung anderer Isotope bzw. Atome für die Erzielung dieses Effekts ist es wichtig, dass das Substrat (D) im Bereich des Kernquantenpunkts (CI) mit kernspinfreien Isotopen dotiert wird, um die Quantenbits (QUB)und das Kernquantenbit (CQUB) nicht durch zusätzliche Wechselwirkungen zu stören.
Bevorzugt wird das Kernquantenbit (CQUB) so aufgebaut, dass sich zumindest einer seiner Kernquantenpunkte (Cl) in einem ersten Kernabstand (d1') längs der Lot-Linie (LOT) unter der Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) befindet. Dieser erste Kernabstand (d1') beträgt bevorzugt 2 nm bis 60 nm beträgt und/oder besser 5 nm bis 30 nm beträgt und/oder besser 10 nm bis 20 nm beträgt, wobei insbesondere ein erster Kernabstand (d1') von 5 nm bis 30 nm ganz besonders bevorzugt ist und angestrebt werden sollte.
Die Ansteuerung des Kernquantenbits (CQUB) kann nun in analoger Weise wie die Ansteuerung der Quantenbits (QUB) erfolgen. Die Frequenz der Strompulse ist jedoch niedriger, da die Kerne der Kernquantenpunkte (Cl) eine größere Masse besitzen.
Ein erfindungsgemäßes Kernquantenbit (CQUB) umfasst daher bevorzugt wieder eine horizontale Leitung (LH, LH1), die bevorzugt wieder Teil einer Mikrostreifenleitung und/oder Teil einer Tri-Plate-Leitung ist und/oder eine vertikale Leitung (LV, LV1), die ebenfalls bevorzugt wieder Teil einer Mikrostreifenleitung und/oder Teil einer Tri-Plate-Leitung (SV1, LH, SV2) ist.
Die vertikale Mikrostreifenleitung des Kernquantenbits (CQUB) umfasst bevorzugt wieder eine erste vertikale Abschirmleitung (SV1) und die vertikale Leitung (LV). Die horizontale Mikrostreifenleitung umfasst analog wieder bevorzugt eine erste horizontale Abschirmleitung (SH1) und die horizontale Leitung (LH).
In analoger Weise umfasst bevorzugt eine vertikale Tri-Plate-Leitung eine erste vertikale Abschirmleitung (SV1) und eine zweite vertikale Abschirmleitung (SV2) und die vertikale Leitung (LV), die zwischen der ersten vertikalen Abschirmleitung (SV1) und der zweiten vertikalen Abschirmleitung (SV2) verläuft. Eine horizontale Tri-Plate-Leitung umfasst bevorzugt wieder eine erste horizontale Abschirmleitung (SH1) und eine zweite horizontale Abschirmleitung (SH2) und die horizontale Leitung (LV), die zwischen der ersten horizontalen Abschirmleitung (SH1) und der zweiten horizontalen Abschirmleitung (SH2) verläuft.
Wie im Falle des zuvor beschriebenen Quantenbits (QUB) wird bevorzugt die Ansteuerungsvorrichtung des hier diskutierte Kernquantenbits (CQUB) so gestaltet, dass die Summe der Ströme durch die Tri-Plate-Leitung (SV1, LV, SV2) null ist. Hierdurch wird, wie zuvor beim Quantenbit (QUB) das Feld der magnetischen Flussdichte auf den Bereich in unmittelbarer Nähe der Tri-Plate-Leitung beschränkt. In diesem Bereich sollte der Kernquantenpunkt (CI) liegen, um direkt beeinflusst werden zu können.
Wie im Falle des später noch zu beschreibenden Quantenregisters (QUREG), das aus einer Zusammenstellung mehrerer Quantenbits (QUB) besteht, kann die Bestromung aller Leitungen der Kernquantenbits (CQUB) eines später noch beschriebenen Kernquantenregisters (CQUREG) aus einer Zusammenstellung mehrerer Kernquantenbits (CQUB) so gestaltet werden, dass die durch die Bestromung der horizontalen und vertikalen Leitungen hervorgerufene magnetische Flussdichte B nur am Ort eines Kernquantenpunkts (Cl) wesentlich von Null verschieden ist. Die Bestromung der Abschirmleitungen wird dabei bevorzugt so gewählt, dass die magnetische Flussdichte B unter den durch die Einfügung der Abschirmleitungen zusätzlich entstehenden Kreuzungspunkten in einer Tiefe im Substrat (D), die dem besagten ersten Abstand (d1) entspricht, im Wesentlichen ebenfalls Null ist. Hierzu kann ein erstes weiteres virtuelles vertikales Lot längs einer ersten weiteren vertikalen Lot-Linie (VLOT1) parallel zur ersten Lot-Linie (LOT) vom Ort eines ersten virtuellen vertikalen Kernquantenpunkts (VVCI1) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gefällt werden. Der erste virtuelle vertikale Kernquantenpunkt (VVCI1) befindet sich in dem ersten Abstand (d1) von der Oberfläche (OF). Die erste weitere vertikale Lot-Linie (VLOT1) durchstößt virtuell die Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) an einem ersten weiteren vertikalen Lotpunkt (VLOTP1). Die horizontale Leitung (LH) und die erste vertikale Abschirmleitung (SV1) befinden sich bevorzugt auf der Oberfläche des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI). Sie kreuzen sich und in der Nähe des ersten vertikalen Lot-Punktes (VLOTP1) oder am ersten vertikalen Lot-Punkt (VLOTP1) in dem von null verschiedenen Kreuzungswinkel (α). Ein zweites weiteres virtuelles vertikales Lot längs einer zweiten weiteren vertikalen Lot-Linie (VLOT2) kann parallel zur ersten Lot-Linie (LOT) vom Ort eines zweiten virtuellen vertikalen Kernquantenpunkts (VVCI2) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gefällt werden. Der zweite virtuelle vertikale Kernquantenpunkt (VVCI2) befindet sich ebenfalls sich in dem ersten Abstand (d1) von der Oberfläche (OF). Die zweite weitere vertikale Lot-Linie (VLOT2) durchdringt wieder die Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) an einem zweiten weiteren vertikalen Lotpunkt (VLOTP2). Die horizontale Leitung (LH) und die zweite vertikale Abschirmleitung (SV2) befinden sich ebenfalls auf der Oberfläche des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI). Die horizontale Leitung (LH) und die zweite vertikale Abschirmleitung (SV2) kreuzen sich wieder in der Nähe des zweiten vertikalen Lot-Punktes (VLOTP2) oder am zweiten vertikalen Lot-Punkt (VLOTP2) in dem von null verschiedenen Kreuzungswinkel (α). Wie zuvor werden bevorzugt die Einzelströme (ISV1, IV, ISV2) durch die einzelnen Leitungen (SV1, LV, SV2) der Tri-Plate-Leitung so gewählt, dass der Betrag des ersten virtuellen vertikalen magnetischen Flussdichtevektors (B_VVCI1) am Ort des ersten virtuellen vertikalen Kernquantenpunkts (VVCI1) nahezu Null ist und dass der Betrag des zweiten virtuellen vertikalen magnetischen Flussdichtevektors (B_VVCI2) am Ort des zweiten virtuellen vertikalen Kernquantenpunkts (VVCI2) nahezu Null ist und dass der Betrag des magnetischen Flussdichtevektors (B_CI ) am Ort des Kernquantenpunkts (Cl) von Null verschieden ist.
Wir stellen uns ein zweidimensional angeordnetes Kernquantenregister (CQUREG) mit m Spalten und n Zeilen vor. Das Kernquantenregister (CQUREG) enthalte n x m Kernquantenbits mit hier vereinfacht angenommenen 1 Kernquantenpunkt (Cl) pro Kernquantenbit (CQUB). Das Kernquantenregister (CQUREG) sei so organisiert, dass die m Kernquantenbits (CQUBi1 bis CQUBim) einer i-ten Zeile des Kernquantenregisters (CQUREG), mit 1≤i≤n die horizontale Leitung (LHi) gemeinsam haben und dass die n Kernquantenbits (CQUB1j bis CQUBnj) einer j-ten Spalte des Kernquantenregisters (CQUREG), mit 1≤j≤m die vertikale Leitung (LVj) gemeinsam haben.
Jedes Kernquantenbit (CQUBij) der n x m Kernquantenbits (CQUB) des Kernquantenregisters (CQUREG) besitzt einen Kernquantenpunkt (Clij) mit einer zugehörigen lokalen magnetischen Flussdichte (Bij) am Ort des Kernquantenpunkts (Clij). Diese zugehörigen lokalen magnetischen Flussdichten (Bij) an den Orten der Kernquantenpunkte (Clij) bilden einen magnetischen Flussdichtevektor. Um einen vorbestimmten magnetischen Flussdichtevektor zu erzeugen, muss nun in jede der Leitungen jeweils ein individuelles Stromsignal eingespeist werden. Diese Stromsignale bilden zusammen ein vektorielles Stromsignal. Die Dimension dieses Stromdichtevektors wächst nur linear mit der Summe aus der Anzahl der Zeilen n und Spalten m. Demgegenüber wächst die Anzahl der Kernquantenpunkte proportional zum Produkt aus der Anzahl der Spalten m und Zeilen n. Es ist leicht zu verstehen, dass daher bevorzugt ein Kernquantenregister (CQUREG) bevorzugt als eindimensionale Anordnung von Kernquantenbits (CQUREG) mit Kernquantenpunkten (CI) gefertigt wird.
Dieses Ergebnis kann auf die zuvor eingeführten Quantenbits (QUB) übertragen werden.
Wir stellen uns dazu in analoger Weise ein zweidimensional angeordnetes Quantenregister (QUREG) mit m Spalten und n Zeilen vor. Das Quantenregister (QUREG) enthalte in analoger Weise n x m Quantenbits (QUBij) mit hier vereinfacht angenommenen 1 Quantenpunkt (NVij) pro Kernquantenbit (QUBij). Das Quantenregister (QUREG) sei wieder so organisiert, dass die m Quantenbits (QUBi1 bis QUBim) einer i-ten Zeile des Quantenregisters (QUREG), mit 1≤i≤n die horizontale Leitung (LHi) gemeinsam haben und dass die n Quantenbits (QUB1j bis QUBnj) einer j-ten Spalte des Quantenregisters (QUREG), mit 1≤j≤m die vertikale Leitung (LVj) gemeinsam haben.
Jedes Quantenbit (QUBij) der n x m Kernquantenbits (CQUB) des Kernquantenregisters (CQUREG) besitzt einen Quantenpunkt (NVj) mit einer zugehörigen lokalen magnetischen Flussdichte (Bij) am Ort des Quantenpunkts (NVij). Diese zugehörigen lokalen magnetischen Flussdichten (Bij) an den Orten der Quantenpunkte (NVij) bilden einen magnetischen Flussdichtevektor. Um einen vorbestimmten magnetischen Flussdichtevektor zu erzeugen, muss nun in jede der Leitungen jeweils ein individuelles Stromsignal eingespeist werden. Diese Stromsignale bilden zusammen ein vektorielles Stromsignal. Die Dimension dieses Stromdichtevektors wächst ebenfalls nur linear mit der Summe aus der Anzahl der Zeilen n und Spalten m. Demgegenüber wächst die Anzahl der Quantenpunkte proportional zum Produkt aus der Anzahl der Spalten m und Zeilen n. Es ist leicht zu verstehen, dass daher bevorzugt ein Quantenregister (QUREG) bevorzugt als eindimensionale Anordnung von Quantenbits (NV) mit Quantenpunkten (NV) gefertigt wird.
Wir kommen zurück zu dem zuvor beschriebenen Kernquantenbit (CQUB).
Bevorzugt kann ein erstes weiteres virtuelles horizontales Lot längs einer ersten weiteren horizontalen Lot-Linie (HLOT1) parallel zur ersten Lot-Linie (LOT) vom Ort eines ersten virtuellen horizontalen Kernquantenpunkts (VHCI1) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gefällt werden. Der erste virtuelle horizontale Kernquantenpunkt (VHCIV1) befindet sich bevorzugt in dem ersten Abstand (d1) von der Oberfläche (OF). Die erste weitere horizontale Lot-Linie (HLOT1) durchstößt wieder die Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) an einem ersten weiteren horizontalen Lotpunkt (HLOTP1). Die vertikale Leitung (LV) und die erste horizontale Abschirmleitung (SH1) befinden sich wieder bevorzugt auf der Oberfläche des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI). Die vertikale Leitung (LV) und die erste horizontale Abschirmleitung (SH1) kreuzen sich wieder bevorzugt in der Nähe des ersten horizontalen Lot-Punktes (HLOTP1) oder am ersten horizontalen Lot-Punkt (HLOTP1) in dem von null verschiedenen Kreuzungswinkel (α). Ein zweites weiteres virtuelles horizontales Lot kann längs einer zweiten weiteren horizontalen Lot-Linie (HLOT2) parallel zur ersten Lot-Linie (LOT) vom Ort eines zweiten virtuellen horizontalen Kernquantenpunkts (VHCI2) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gefällt werden. Der zweite virtuelle horizontale Kernquantenpunkt (VHCI2) befindet sich bevorzugt in dem ersten Abstand (d1) von der Oberfläche (OF). Die zweite weitere horizontale Lot-Linie (HLOT2) durchstößt wieder bevorzugt die Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) an einem zweiten weiteren horizontalen Lotpunkt (HLOTP2). Die vertikale Leitung (LV) und die zweite horizontale Abschirmleitung (SH2) befinden sich dabei ebenfalls bevorzugt auf der Oberfläche des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI). Die vertikale Leitung (LV) und die zweite horizontale Abschirmleitung (SH2) kreuzen sich in analoger Weise bevorzugt in der Nähe des zweiten horizontalen Lot-Punktes (HLOTP2) oder am zweiten horizontalen Lot-Punkt (HLOTP2) in dem von null verschiedenen Kreuzungswinkel (α). Auch hier werden wieder die Einzelströme (ISH1, IH, ISH2) durch die einzelnen Leitungen (SH1, LH, SH2) der Tri-Plate-Leitung bevorzugt so gewählt, dass der Betrag des ersten virtuellen horizontalen magnetischen Flussdichtevektors (B_VHCI1 ) am Ort des ersten virtuellen horizontalen Kernquantenpunkts (VHCI1) nahezu Null ist und dass der Betrag des zweiten virtuellen horizontalen magnetischen Flussdichtevektors (B_VHCI2 ) am Ort des zweiten virtuellen horizontalen Quantenpunkts (VHCI2) nahezu Null ist und dass der Betrag des magnetischen Flussdichtevektors (B_NV ) am Ort des Kernquantenpunkts (Cl) von Null verschieden ist.
Um erzeugte Fotoelektronen absaugen zu können, ist im Bereich oder in der Nähe des Lotpunkts (LOTP) das Substrat (D) mittels zumindest eines ersten horizontalen ohmschen Kontakts (KH11) mit der ersten horizontalen Abschirmleitung (SH1) verbunden. Darüber hinaus ist das Substrat (D) bevorzugt im Bereich oder in der Nähe des Lotpunkts (LOTP) das Substrat (D) mittels zumindest eines zweiten horizontalen ohmschen Kontakts (KH12) mit der zweiten horizontalen Abschirmleitung (SH2) verbunden. Des Weiteren ist bevorzugt im Bereich oder in der Nähe des Lotpunkts (LOTP) das Substrat (D) mittels zumindest eines ersten vertikalen ohmschen Kontakts (KV11) mit der ersten vertikalen Abschirmleitung (SV1) verbunden. Schließlich ist bevorzugt im Bereich oder in der Nähe des Lotpunkts (LOTP) das Substrat (D) mittels zumindest eines zweiten vertikalen ohmschen Kontakts (KV12) mit der zweiten vertikalen Abschirmleitung (SV2) verbunden.
Bevorzugt umfassen solche ohmschen Kontakte (KV11, KV12, KH11, KH12) Titan.
Erfindungsgemäße Registerkonstruktionen
Konstruktion eines Quantenregisters (CEQUREG) aus einem Quantenpunkt (NV) und einem Kernquantenpunkt (CI)
Das grundlegende Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG), das zuvor bereits angedeutet wurde, umfasst ein Kern-Quantenbit (CQUB) und ein Quantenbit (QUB).
Das allgemeine Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) umfasst mindestens ein Kern-Quantenbit (CQUB) und mindestens ein Quantenbit (QUB).
Im Folgenden wird ein Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) umfassend n, mindestens aber zwei Kern-Quantenbits (CQUB1 bis CQUBn) und ein Quantenbit (QUB) als Quanten-ALU (QUALU) bezeichnet.
Die Vorrichtung zur Ansteuerung eines Kernquantenpunkts (CI) des Kern-Quantenbits (CQUB) des Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) weist bevorzugt eine Teilvorrichtung (LH, LV) auf, die bevorzugt auch eine Teilvorrichtung (LH, LV) der Vorrichtung zur Ansteuerung des Quantenpunkts (NV) des Quantenbits (QUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) ist.
Das erfindungsgemäße Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) umfasst daher eine Vorrichtung zur Ansteuerung des Kernquantenpunkts (CI) des Kernquantenbits (CQUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) und zur gleichzeitigen Ansteuerung des Quantenpunkts (NV) des Quantenbits (QUB) des Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG), mit einem gemeinsamen Substrat (D) des Kernquantenbits (CQUB) und des Quantenbits (QUB) und ggf. mit einer gemeinsamen epitaktischen Schicht (DEPI) des Kernquantenbits (CQUB) und des Quantenbits (QUB) und mit einer gemeinsamen Vorrichtung des Kernquantenbits (CQUB) und des Quantenbits (QUB), die zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wellenfeldes (B_RW, B_MW) am Ort des Kernquantenpunkts (CI) und am Ort des Quantenpunkts (CI) geeignet ist. Die gemeinsame epitaktische Schicht (DEPI), sofern vorhanden, ist bevorzugt auf dem gemeinsamen Substrat (D) aufgebracht. Ggf. werden die Kernquantenpunkte (Cl) zusammen mit der eptaktischen Schicht (DEPI) abgeschieden. Das gemeinsame Substrat (D) und/oder die ggf. vorhandene gemeinsame epitaktische Schicht (DEPI) weist eine Oberfläche (OF) auf. Der Kernquantenpunkt (Cl) weist typischerweise ein magnetisches Moment auf. Der Quantenpunkt (NV) ist bevorzugt ein paramagnetisches Zentrum in dem gemeinsamen Substrat (D) und/oder in der ggf. vorhandenen gemeinsamen epitaktischen Schicht (DEPI). Insbesondere kann es sich bei dem Quantenpunkt (NV) wieder um ein NV-Zentrum in Diamant und/oder ein ST1-Zetrum oder ein L2-Zentrum handeln, wenn Diamant verwendet wird. Die gemeinsame Vorrichtung, die zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wellenfeldes (B_RW,B_MW) geeignet ist und die bevorzugt zur Ansteuerung der Kernquantenpunkte (CI) und des Quantenpunkts ident, befindet sich wieder bevorzugt sich auf der Oberfläche des gemeinsamen Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen gemeinsamen epitaktischen Schicht (DEPI).
Bevorzugt ist die Vorrichtung aus horizontalen Leitungen und vertikalen Leitungen zur Erzeugung eines zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfeldes (B_RW,B_MW) geeignet. Dies kann bei der horizontalen Leitung (LH) und der vertikalen Leitung (LV) dadurch erreicht werden, dass der Strom in der horizontalen Leitung (LH) eine horizontale Stromkomponente mit einer Frequenz aufweist und dass der Strom in der vertikalen Leitung (LV) eine vertikale Stromkomponente mit dieser Frequenz aufweist ist. Dabei ist die vertikale Stromkomponente in der vertikalen Leitung (LV) bevorzugt um +/-90° gegenüber der horizontalen Stromkomponente in der horizontalen Leitung (LH) verschoben. Die durch diese Stromkomponenten erzeugten Anteile an der magnetischen Flussdichte des magnetischen Feldes überlagern sich dann im Bereich des bzw. der Kernquantenpunkte (CI) bzw. des Quantenpunkts (NV) so, dass sich dort ein links oder rechtsherum zirkularpolarisiertes Magnetfeld ergibt.
Ähnlich, wie zuvor im Falle des Kernquantenbits (CQUB) bzw. des Quantenbits (QUB) kann nun wieder ein virtuelles Lot längs einer virtuellen Lot-Linie (LOT) vom Ort des Kernquantenpunkts (CI) und/oder vom Ort des Quantenpunkts (NV) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gefällt werden. Die virtuelle Lot-Linie (LOT) durchstößt wieder die Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) an einem Lotpunkt (LOTP). Wie zuvor befindet sich bevorzugt die Vorrichtung, die zur Erzeugung eines zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfeldes, insbesondere eines Radio und/oder Mikrowellenfeldes, geeignet ist, sich in der Nähe des Lot-Punktes (LOTP) oder am Lot-Punkt (LOTP).
Ein vorschlagsgemäßes Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) umfasst somit bevorzugt eine horizontale Leitung (LH) und eine vertikale Leitung (LV) als Vorrichtung, die zur Erzeugung eines zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfeldes, insbesondere eines Radio und/oder Mikrowellenfeldes, geeignet ist,
Wie zuvor befinden sich die horizontale Leitung (LH) und die vertikale Leitung (LV) bevorzugt auf der Oberfläche des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI). Bevorzugt kreuzen sich die horizontale Leitung (LH) und die vertikale Leitung (LV) in der Nähe des virtuellen Lot-Punktes (LOTP) oder am Lot-Punkt (LOTP) in einem von null verschiedenen Kreuzungswinkel (α). Bevorzugt sind die horizontale Leitung (LH) von der vertikalen Leitung (LV) bevorzugt mittels einer elektrischen Isolation (IS) gegeneinander ausreichend elektrisch isoliert.
Wird das „grüne Licht“ zum Zurücksetzen der Quantenpunkte nicht von der Unterseite (US) her eingestrahlt, so sollten die horizontale Leitung (LH) und/oder die vertikale Leitung (LV) für „grünes Licht“ transparent sein. Dabei sollte bevorzugt insbesondere die horizontale Leitung (LH) und/oder die vertikale Leitung (LV) aus einem elektrisch leitenden und optisch für „grünes Licht“ transparenten Material, insbesondere aus Indium-Zinn-Oxid (gebräuchliche Abkürzung ITO) gefertigt sein.
Bevorzugt ist der Winkel (α) im Wesentlichen ein rechter Winkel.
Bevorzugt umfasst das Substrat (D) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) Diamant. Bevorzugt handelt es sich um isotopenreinen Dimant aus ¹²C-Isotopen, die keinen magnetischen Kernspin aufweisen. In dem Fall ist in einer bevorzugten Variante der Kernquantenpunkt (Cl) der Atomkern eines ¹³C-Isotops, der dann im Gegensatz zu den meisten anderen ¹²C-Atomen des Substrats (D) einen magnetischen Kernspin aufweist und somit mit dem Quantenpunkt, beispielsweise mit einem NV-Zentrum, in Wechselwirkung treten kann. Dafür sollte der Quantenpunkt (NV) in der Nähe des ¹³C-Isotops angeordnet sein. Wie erwähnt ist der Quantenpunkt (NV) bevorzugt ein NV-Zentrum. Auch ist wieder die Verwendung von ST1 und L2-Zentren denkbar.
Der Begriff „Nähe“ hierbei so zu verstehen, dass das Magnetfeld des Kernspins des ¹³C-Atoms den Spin einer Elektronenkonfiguration des Quantenpunkts (NV), also beispielsweise der Elektronenkonfiguration eines NV-Zentrums (NV), beeinflussen kann und dass der Spin einer Elektronenkonfiguration des Quantenpunkts (NV) den Kernspin des ¹³C-Isotops, insbesondere über eine Dipol-Dipol Wechselwirkung, beeinflussen kann.
Ganz allgemein kann das Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) einen Quantenpunkt (NV) aufweisen, bei dem der Quantenpunkt (NV) ein paramagnetisches Zentrum mit einem Ladungsträger oder einer Ladungsträgerkonfiguration ist und in der Nähe des Kernquantenpunkts (CI) angeordnet ist. Der Ladungsträger bzw. die Ladungsträgerkonfiguration weist dabei einen Ladungsträger-Spin-Zustand auf. Der Kernquantenpunkt (Cl) weist einen Kern-Spin-Zustand auf. Der Begriff „Nähe“ ist hierbei, wie oben, hier so zu verstehen ist, dass der Kernspinzustand den Ladungsträger-Spin-Zustand beeinflussen kann und/oder umgekehrt, dass der Ladungsträger-Spin-Zustand den Kernspinzustand beeinflussen kann. Bevorzugt ist dabei der Frequenzbereich der Kopplungsstärke mindestens 1 kHz und/oder besser mindestens 1 MHz und weniger als 20 MHz. Anders ausgedrückt ist bevorzugt der Frequenzbereich der Kopplungsstärke 1 kHz bis 200 GHz und/oder besser 10 kHz bis 20 GHz und/oder besser 100 kHz bis 2 GHz und/oder besser 0,2 MHz bis 1 GHz und/oder besser 0,5 MHz bis 100 MHz und/oder besser 1 MHz bis 50 MHz, insbesondere besonders bevorzugt ca. 10 MHz.
Konstruktion einer Quanten-ALU (QUALU)
Nachdem nun die Begriffe Quantenbit (QUB), Kernquantenbit (CQUB), Quantenregister (QUREG) und Kernquantenregister (CQUREG) sowie Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) beschrieben wurden, wird nun die erste Quantencomputerkomponente definiert. Sie wird im Folgenden Quanten-ALU (QUALU) genannt. Sie besitzt einen ersten Quantenpunkt (NV), beispielsweise ein NV-Zentrum (NV), das quasi als Terminal für den Standardblock „Quanten-ALU (QUALU)“ dient. Dieses Terminal kann dann über eine überlappende Kette von Quantenregistern (QUREG) aus mindestens zwei Quantenpunkten (NV) mit einem anderen Quantenpunkt (NV) einer anderen QuantenALU (QUALU) gekoppelt werden. Die überlappende Kette von Quantenregistern (QUREG) spielt in der hier vorgeschlagenen Architektur somit die Rolle eines Quantenbusses (QUBUS) analog zu einem Datenbus in einem normalen Mikrorechner. Jedoch werden nicht die Daten über diesen Quantenbus (QUBUS) transportiert, sondern Abhängigkeiten. Die eigentlichen Berechnungen werden dann in den jeweiligen Quanten-ALUs (QUALU) durchgeführt, die an den Quantenbus (QUBUS) über ihre Quantenpunkte (NV) angeschlossen sind. Dies ist die grundlegende Idee des hier dargestellten Quantencomputers. Er ist eine Kombination aus QuantenALUs, bestehend aus Kern-Elektron-Quantenregistern (CEQUREG), verbunden über Quantenbusse (QUBUS) bestehend aus Quantenregistern (QUREG) in verschiedensten Topologien.
Eine solche QuantenALU (QUALU) umfasst daher bevorzugt ein erstes Kern-Quantenbit (CQUB1) und typischerweise mindestens ein zweites Kern-Quantenbit (CQUB2). Bevorzugt weist eine solche QuantenALU (QUALU) eine massiv höhere Anzahl p an Kern-Quantenbits (CQUB1 bis CQUBp) auf. Da die Abstände von dem jeweiligen Kernquantenpunkt (Clj) des j-ten Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREGj) der p Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG1 bis CEQUREGp) der QuantenALU (QUALU) zu dem vorzugsweise gemeinsamen Quantenpunkt (NV) der p Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG1 bis CEQUREGp) in der Regel unterschiedlich sind, sind die Kopplungsstärken und damit die im Folgenden erläuterten Elektron-Kern-Resonanzfrequenzen und die Kern-Elektron-Resonanzfrequenzen für die jeweiligen Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREGj) (1≤j≤p) der p Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG1 bis CEQUREGp) unterschiedlich. Somit ist eine Adressierung der einzelnen Kernquantenpunkte (Clj) der p Kernquantenpunkte (CI1 bis Clp) der Quanten-ALU (QUALU) möglich.
Eine Quanten-ALU (QUALU) umfasst also bevorzugt ein Quantenbit (QUB), das mit dem ersten Kern-Quantenbit (CQUB1) ein erstes Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG1) bildet und mit dem zweiten Kern-Quantenbit (CQUB2) ein zweites Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG2) bildet.
Besonders bevorzugt weist die Vorrichtung zur Ansteuerung des ersten Kernquantenpunkts (CI1) des ersten Kern-Quantenbits (CQUB1) des ersten Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG1) eine Teilvorrichtung (LH, LV) auf, die auch die Teilvorrichtung (LH, LV) der Vorrichtung zur Ansteuerung des Quantenpunkts (NV) des Quantenbits (QUB) des ersten Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG1) ist und die auch die Vorrichtung zur Ansteuerung des zweiten Kernquantenpunkts (CI2) des zweiten Kern-Quantenbits (CQUB2) des zweiten Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG2) ist.
Konstruktion eines homogenen Quantenregisters (QUREG)
Ein homogenes Quantenregister (QUREG) oder kurz nur Quantenregister (QUREG) umfass nur Quantenpunkte (NV) eines Quantenpunkttyps. Ein solches Quantenregister umfasst bevorzugt ein erstes Quantenbit (QUB1) und mindestens ein zweites Quantenbit (QUB2). Eine Kette aus solchen Quantenregistern (QUB) ist der wesentliche Teil des im Folgenden erläuterten Quantenbusses (QUBUS), der den Transport von Abhängigkeiten erlaubt. Die Eigenschaft der Homogenität des Quantenregisters (QUREG) drückt sich vorschlagsgemäß so aus, dass der erste Quantenpunkttyp des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) gleich dem zweiten Quantenpunkttyp des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) des Quantenregisters (QUREG) ist. Beispielsweise kann es sich bei dem ersten Quantenpunkttyp um ein NV-Zentrum in Diamant als Substrat handeln und bei dem zweiten Quantenpunkttyp ebenfalls um ein NV-Zentrum im gleichen Substrat handeln.
Typischerweise ist das Substrat (D) dem ersten Quantenbit (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) und dem zweiten Quantenbit (QUB2) des Quantenregisters (QUREG) gemeinsam. Im Folgenden wird zur besseren Klarheit der Quantenpunkt (NV) des ersten Quantenbits (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) der erste Quantenpunkt (NV1) genannt und der Quantenpunkt (NV) des zweiten Quantenbits (QUB2) des Quantenregisters (QUREG) der zweite Quantenpunkt (NV2) genannt. Analog wird zur besseren Klarheit im Folgenden die horizontale Leitung (LH) des ersten Quantenbits (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) im Folgenden als erste horizontale Leitung (LH1) bezeichnet und die horizontale Leitung (LH) des zweiten Quantenbits (QUB2) des Quantenregisters (QUREG) als die zweite horizontale Leitung (LH2) bezeichnet. Ebenso wird im Folgenden die vertikale Leitung (LV) des ersten Quantenbits (QUB1) im Folgenden als erste vertikale Leitung (LV1) bezeichnet und die vertikale Leitung (LV) des zweiten Quantenbits (QUB2) im Folgenden als zweite vertikale Leitung (LV2) bezeichnet. Es ist sinnvoll, wenn z.B. die erste horizontale Leitung (LH1) identisch mit der zweiten horizontalen Leitung (LH2) ist. Alternativ ist es sinnvoll, wenn z.B. die erste vertikale Leitung (LV1) identisch mit der zweiten vertikalen Leitung (LV2) ist.
Das Quantenregister (QUREG) sollte zur Erfüllung der bestimmungsgemäßen Funktion so klein gebaut werden, dass das Magnetfeld des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) des Quantenregisters (QUREG) das Verhalten des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) zumindest zeitweise beeinflusst und/oder dass das Magnetfeld des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) das Verhalten des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) zumindest zeitweise beeinflusst.
Bevorzugt ist hierzu der räumliche Abstand (sp12) zwischen dem ersten Quantenpunkt (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) und dem zweiten Quantenpunkt (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) des Quantenregisters (QUREG) so klein, dass das Magnetfeld des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) des Quantenregisters (QUREG) das Verhalten des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) zumindest zeitweise beeinflusst, und/oder dass das Magnetfeld des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) das Verhalten des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) des Quantenregisters (QUREG) zumindest zeitweise beeinflusst. Bevorzugt beträgt hierzu der zweite Abstand (sp12) zwischen dem ersten Quantenpunkt (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) und dem zweiten Quantenpunkt (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) des Quantenregisters (QUREG) weniger als 50 nm und/oder weniger als 30 nm und/oder weniger als 20 nm und/oder weniger als 10 nm beträgt und/oder weniger als 10 nm und/oder weniger als 5 nm und/oder weniger als 2 nm, und/oder der zweite Abstand (sp12) zwischen dem ersten Quantenpunkt (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) und dem zweiten Quantenpunkt (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) des Quantenregisters (QUREG) zwischen 30 nm und 2 nm und/oder weniger als 10 nm und/oder weniger als 5 nm und/oder weniger als 2 nm.
Ein solches Quantenregister kann verkettet werden. Das zuvor beschriebene Zwei-Bit-Quantenregister wurde längs der horizontalen Leitung (LH) aufgereiht, die den beiden Quantenbits (QUB1, QUB2) gemeinsam ist. Statt der horizontalen Aneinanderreihung ist eine vertikale Aneinanderreihung längs der vertikalen Leitung ebenso denkbar. Die horizontale und die vertikale Leitung tauschen dann die Funktion. Auch ist eine zweidimensionale Aneinanderreihung denkbar, was einer Kombination dieser Möglichkeiten entspricht.
Statt eines Zweibit-Quantenregisters (QUREG) ist auch die Aneinanderreihung von n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) denkbar. Beispielhaft wird hier ein Dreibit-Quantenregister beschrieben, das längs der horizontalen Leitung (LH) beispielhaft fortgesetzt wird. Für folgende Quantenbits (QUB4 bis QUBn) gilt dann entsprechendes. Das Quantenregister kann natürlich auch in die andere Richtung um m Quantenbits (QUB0 bis QUB(m-1)) werden. Zur Vereinfachung der Beschreibung beschränkt sich der hier vorgelegte Text auf positive Werte der Indices von 1 bis n. Die im Folgenden beschriebenen Prinzipien für ein Dreibit-Quantenregister können daher auf ein Quantenregister mit mehr als drei Quantenbits übertragen werden. Daher werden diese Prinzipien für ein Mehrbitquantenregister nicht mehr ausgeführt, da sie sich für den Fachmann aus der folgenden Beschreibung eines Dreibit-Quantenregisters leicht ergeben. Solche Mehrbitquantenregister sind von der Beanspruchung ausdrücklich mit umfasst.
Ein Dreibit-Quantenregister ist dann ein Quantenregister, wie es zuvor beschrieben wurde, mit mindestens einem dritten Quantenbit (QUB3) entsprechend der vorhergehenden Beschreibung. Bevorzugt sind dann der erste Quantenpunkttyp des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) und der zweite Quantenpunkttyp des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) gleich dem dritten Quantenpunkttyp des dritten Quantenpunkts (NV3) des dritten Quantenbits (QUB3).
Bevorzugt ist bei einem solchen beispielhaften Dreibit-Quantenregister das Substrat (D) dem ersten Quantenbit (QUB1) und dem zweiten Quantenbit (QUB2) und dem dritten Quantenbit (QUB3) gemeinsam. Der Quantenpunkt (NV) des dritten Quantenbits (QUB3) wird im Folgenden als dritter Quantenpunkt (NV3) bezeichnet. Bevorzugt ist die horizontale Leitung (LH) des dritten Quantenbits (QUB3) die besagte erste horizontale Leitung (LH1) und damit gemeinsam mit der horizontalen Leitung (LH) des zweiten Quantenbits (QUB2) und der horizontalen Leitung (LH) des ersten Quantenbits (QUB1). Die vertikale Leitung (LV) des dritten Quantenbits (QUB3) wird im Folgenden als dritte vertikale Leitung (LV3) bezeichnet. Statt dieser Aufreihung der Quantenbits längs der ersten horizontalen Leitung (LH1) sind, wie bereits erwähnt andere Aufreihungen denkbar.
Um nun einen Transport von Abhängigkeiten von Quanteninformationen zu ermöglichen, ist es sinnvoll, wenn das Magnetfeld des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) das Verhalten des dritten Quantenpunkts (NV3) des dritten Quantenbits (QUB3) zumindest zeitweise beeinflussen kann und/oder wenn das Magnetfeld des dritten Quantenpunkts (NV3) des dritten Quantenbits (QUB3) das Verhalten des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) zumindest zeitweise beeinflussen kann. Hierdurch entsteht dabei das, was im Folgenden als Quantenbus bezeichnet wird und zum Transport von Abhängigkeiten der Quanteninformationen der Quantenpunkte des so entstehenden Quantenbusses (QUBUS) dient.
Um diese Abhängigkeiten zu ermöglichen, ist es sinnvoll, wenn der räumliche Abstand (sp23) zwischen dem dritten Quantenpunkt (NV3) des dritten Quantenbits (QUB3) und dem zweiten Quantenpunkt (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) so klein ist, dass das Magnetfeld des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) das Verhalten des dritten Quantenpunkts (NV3) des dritten Quantenbits (QUB3) zumindest zeitweise beeinflussen kann, und/oder dass das Magnetfeld des dritten Quantenpunkts (NV3) des dritten Quantenbits (QUB3) das Verhalten des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) zumindest zeitweise beeinflussen kann.
Um diese Kopplung zu erreichen, ist es wieder sinnvoll, wenn der räumliche Abstand (sp23) zwischen dem dritten Quantenpunkt (NV3) des dritten Quantenbits (QUB3) und dem zweiten Quantenpunkt (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) weniger als 50 nm und/oder weniger als 30 nm und/oder weniger als 20 nm und/oder weniger als 10 nm beträgt und/oder weniger als 10 nm und/oder weniger als 5 nm und/oder weniger als 2 nm beträgt und/oder wenn der räumliche Abstand (sp23) zwischen dem dritten Quantenpunkt (NV3) des dritten Quantenbits (QUB3) und dem zweiten Quantenpunkt (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) zwischen 30 nm und 2 nm und/oder weniger als 10 nm und/oder weniger als 5 nm und/oder weniger als 2 nm, beträgt.
Wie oben bereits erläutert, sind die Quantenbits (QUB) des Quantenregisters (QUREG) bevorzugt in einem eindimensionalen Gitter angeordnet. Eine Anordnung in einem zweidimensionalen Gitter ist möglich, aber nicht so vorteilhaft, da dann die Stromgleichungen nicht mehr ohne Weiteres eindeutig gelöst werden können.
Bevorzugt sind somit die Quantenbits (QUB) des Quantenregisters (QUREG) in einem ein- oder zweidimensionalen Gitter aus Elementarzellen von Anordnungen von einem oder mehreren Quantenpunkten (NV) mit einem zweiten Abstand (sp12) als Gitterkonstante für den Abstand zwischen den jeweiligen Elementarzellen angeordnet.
Konstruktion eines inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG)
Ein inhomogenes Quantenregister (IHQUREG) besteht nun im Gegensatz zu einem homogenen Quantenregister (QUREG) aus Quantenpunkten (NV) unterschiedlicher Quantenpunkttypen. Beispielsweise kann es sich bei einem Quantenpunkt (NV) des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) um ein NV-Zentrum (NV) als einen ersten Quantenpunkttyp handeln und bei einem anderen Quantenpunkt (NV) einem Quantenpunkt (NV) des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) um ein SiV-Zentrum als einen zweiten Quantenpunkttyp handeln.
Ein inhomogenes Quantenregister (IHQUREG) umfasst somit bevorzugt ein erstes Quantenbit (QUB1) und mindestens ein zweites Quantenbit (QUB2), wobei der erste Quantenpunkttyp des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) vom zweiten Quantenpunkttyp des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) verschieden ist.
Bevorzugt ist jedoch das Substrat (D) dem ersten Quantenbit (QUB1) und dem zweiten Quantenbit (QUB2) gemeinsam. Im Folgenden wird auch hier der Quantenpunkt (NV) des ersten Quantenbits (QUB1) des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) der erste Quantenpunkt (NV1) des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) genannt und der Quantenpunkt (NV) des zweiten Quantenbits (QUB2) des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) der zweite Quantenpunkt (NV2) des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) genannt.
Analog dazu wird wieder die horizontale Leitung (LH) des ersten Quantenbits (QUB1) des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) im Folgenden als erste horizontale Leitung (LH1) bezeichnet und die horizontale Leitung (LH) des zweiten Quantenbits (QUB2) als zweite horizontale Leitung (LH2) bezeichnet.
In analoger Weise wird bevorzugt die vertikale Leitung (LV) des ersten Quantenbits (QUB1) des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) im Folgenden als erste vertikale Leitung (LV1) bezeichnet und die vertikale Leitung (LV) des zweiten Quantenbits (QUB2) im Folgenden als zweite vertikale Leitung (LV2) bezeichnet. Es ist sinnvoll, wenn z.B. die erste horizontale Leitung (LH1) identisch mit der zweiten horizontalen Leitung (LH1) ist. Alternativ ist es sinnvoll, wenn z.B. die erste vertikale Leitung (LV1) identisch mit der zweiten vertikalen Leitung (LV1) ist.
Bevorzugt wird das inhomogene Quantenregister (IHQUREG) so gestaltet, dass das Magnetfeld des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) das Verhalten des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) zumindest zeitweise beeinflusst und/oder dass das Magnetfeld des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) das Verhalten des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) zumindest zeitweise beeinflusst.
Hierzu wird wieder bevorzugt der räumliche Abstand (sp12) zwischen dem ersten Quantenpunkt (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) und dem zweiten Quantenpunkt (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) so klein gewählt, dass das Magnetfeld des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) das Verhalten des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) zumindest zeitweise beeinflusst, und/oder dass das Magnetfeld des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) das Verhalten des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) zumindest zeitweise beeinflusst. Bevorzugt beträgt der zweite Abstand (sp12) zwischen dem ersten Quantenpunkt (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) und dem zweiten Quantenpunkt (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) weniger als 50 nm und/oder besser weniger als 30 nm und/oder besser weniger als 20 nm und/oder besser weniger als 10 nm beträgt und/oder besser weniger als 10 nm und/oder besser weniger als 5 nm und/oder besser weniger als 2 nm, und/oder der zweite Abstand (sp12) zwischen dem ersten Quantenpunkt (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) und dem zweiten Quantenpunkt (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) beträgt bevorzugt zwischen 30 nm und 2 nm und/oder besser weniger als 10 nm und/oder besser weniger als 5 nm und/oder besser weniger als 2 nm.
Bevorzugt sind die Quantenbits des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) aus Elementarzellen von Anordnungen von zwei oder mehreren Quantenbits in einem ein- oder zweidimensionalen Gitter für die jeweilige Elementarzelle angeordnet.
Bevorzugt sind die Quantenbits des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) in einem ein- oder zweidimensionalen Gitter aus Elementarzellen von Anordnungen bestehend aus einem oder mehreren Quantenbits mit einem zweiten Abstand (sp12) als Gitterkonstante für die jeweilige Elementarzelle angeordnet.
Konstruktion eines Kernquantenregisters (CCQUREG)
Ein weiterer Aspekt des Konzepts betrifft ein Kern-Kern-Quantenregister (CCQUREG). Das Kern-Kern-Quantenregister (CCQUREG) umfasst ein erstes Kernquantenbit (CQUB1) und, wie zuvor beschrieben mindestens ein zweites solches Kernquantenbit (CQUB2). Wichtig ist hierbei, dass die Kernquantenpunkte (CI1, CI2) der Kernquantenbits (CQUB1, CQUB2) so dicht bei einander positioniert sein sollten, dass sie miteinander wechselwirken können, ohne dass dazu ein Quantenpunkt (NV), also beispielsweise ein NV-Zentrum (NV), zur Hilfe genommen werden muss. Aufgrund der Schwierigkeiten bei dieser sehr dichten Platzierung wird dieses Kernquantenregister (CCQUREG) hier nur der Vollständigkeit halber aufgeführt. Derzeit ist eine Fertigung nur durch einen Zufallsprozess möglich, bei dem die Kernquantenpunkte (CI1, CI2) zufällig nah genug beieinander zu liegen kommen.
Nichtsdestotrotz können solche Kern-Quantenregister (CCQUREG) mittels Implantation kernspinbehafteter Isotope in das Substrat (D) schon heute mit sehr niedriger Ausbeute hergestellt werden. Wird Diamant als Substrat (D) verwendet, können beispielsweise chemische Verbindungen mit mehreren ¹³C-Atomen, also beispielsweise organische Moleküle, implantiert werden. Hierdurch kommen die ¹³C-Isotope nahe beieinander zu liegen. Umfasst das Molekül auch ein Stickstoffatom, so kann eine Quanten-ALU (QUALU), wie oben beschrieben, auf diese Weise sehr einfach hergestellt in Diamant als Substrat (D) hergestellt werden. Das Substrat (D) wird bevorzugt zuvor durch Anbringen von Justiermarken vorbereitet. Dies kann durch Lithografie und zwar im Besonderen durch Elektronen- und/oder lonenstrahllithografie erfolgen. Das Molekül wird implantiert, anschließend wird ein Temperaturschritt zum Ausheilen des Kristalls, z.B. des Diamantsubstrats, durchgeführt. Später im Prozess wird die Lage des entstandenen Quantenpunkts, beispielsweise eines NV-Zentrums, optisch durch Bestrahlung mit „grünem Licht“ festgestellt, dass im Falle von NV-Zentren in Diamant beispielsweise die NV-Zentren zur roten Fluoreszenz angeregt. Bevorzugt geschieht dies in einem STED-Mikroskop. Hierdurch ist die Lokalisierung mit ausreichender Genauigkeit relativ zu den zuvor aufgebrachten Justiermarken möglich. Bevorzugt in Abhängigkeit von dem Lokalisierungsergebnis erfolgt dann z.B. mittels Elektronenstrahllithografie der Fertigung der horizontalen und vertikalen Leitungen (LV, LH).
Wie zuvor ist auch hier typischerweise das Substrat (D) dem ersten Kernquantenbit (CQUB1) und dem zweiten Kernquantenbit (CQUB2) gemeinsam. Der Kernquantenpunkt (Cl) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) wird im Folgenden als der erste Kernquantenpunkt (CI1) und der Kernquantenpunkt (Cl) des zweiten Quantenbits (CQUB2) im Folgenden als der zweite Kernquantenpunkt (CI2) bezeichnet. Analog zu den zuvor beschriebenen Registern wird die horizontale Leitung (LH) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) im Folgenden als erste horizontale Leitung (LH1) und die horizontale Leitung (LH) des zweiten Kernquantenbits (CQUB2) die besagte erste horizontale Leitung (LH1) und die vertikale Leitung (LV) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) im Folgenden als erste vertikale Leitung (LV1) und die vertikale Leitung (LV) des zweiten Kernquantenbits (CQUB2) im Folgenden als zweite vertikale Leitung (LV2) bezeichnet.
Liegen die Kernquantenpunkte (CI1, CI2) des Kern-Kern-Quantenregisters (CCQUREG) nah genug beieinander, so kann das Magnetfeld des zweiten Kernquantenpunkts (CI2) des zweiten Kernquantenbits (CQUB2) das Verhalten des ersten Kernquantenpunkts (CI1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) zumindest zeitweise beeinflussen und/oder das Magnetfeld des ersten Kernquantenpunkts (CI1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) das Verhalten des zweiten Kernquantenpunkts (CI2) des zweiten Kernquantenbits (CQUB2) zumindest zeitweise beeinflussen. Dies kann für Quantenoperationen genutzt werden.
Hierzu sollte bevorzugt der räumliche Abstand (sp12) zwischen dem ersten Kernquantenpunkt (CI1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) und dem zweiten Kernquantenpunkt (CI2) des zweiten Kernquantenbits (CQUB2) so klein sein, dass das Magnetfeld des zweiten Kernquantenpunkts (CI2) des zweiten Kernquantenbits (CQUB2) das Verhalten des ersten Kernquantenpunkts (CI1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) zumindest zeitweise beeinflussen kann, und/oder dass das Magnetfeld des ersten Kernquantenpunkts (CI1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) das Verhalten des zweiten Kernquantenpunkts (CI2) des zweiten Quantenbits (CQUB2) zumindest zeitweise beeinflussen kann.
Hierzu sollte bevorzugt der vierte Abstand (sp12') zwischen dem ersten Kernquantenpunkt (CI1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) und dem zweiten Kernquantenpunkt (CI2) des zweiten Kernquantenbits (CQUB2) weniger als 100pm und/oder besser weniger als 50pm und/oder besser weniger als 30pm und/oder besser weniger als 20pm und/oder besser weniger als 10pm betragen.
Sofern möglich, sollten die Kernquantenbits des Kern-Kern-Quantenregisters (CCQUREG) in einem ein- oder zweidimensionalen Gitter angeordnet werden.
Bevorzugt sind die Kernquantenbits des Kern-Kern-Quantenregisters (CCQUREG) in einem ein- oder zweidimensionalen Gitter aus Elementarzellen von Anordnungen von einem oder mehreren Kernquantenbits mit einem zweiten Abstand (sp12) als Gitterkonstante für die jeweilige Elementarzelle angeordnet. Bei einer typischerweise auftretenden, geeigneten unsymmetrischen Positionierung des Quantenpunkts (NV) relativ zu dem ein- bzw. zweidimensionalen Gitter der Kernquantenpunkte (Cl) sind die Kopplungsenergien der Paare aus jeweils einem Kernquantenpunkt der Kernquantenpunkte (CI1, CI2) des ein- oder zweidimensionalen Kernquantenpunktgitters mit dem Quantenpunkt (NV) dann von Paar zu Paar verschieden. Dies ermöglicht dann eine Selektion bzw. Adressierung der einzelnen voneinander verschiedenen Paare aus Kernquantenpunkt (CI) und Quantenpunkt (NV). Hierdurch können Quantenoperationen auf das betreffende Paar aus Kernquantenpunkt (CI) und Quantenpunkt (NV) beschränkt werden.
Auch die Kern-Kern-Quantenregister (CCQUREG) können inhomogen ausgeführt werden. Ein solches inhomogenes Kern-Kern-Quantenregister (CCQUREG) ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kernquantenpunkt ein anderes Isotop aufweist als ein weiterer Kernquantenpunkt des Kern-Kern-Quantenregisters (CCQUREG). Beispielsweise kann ein Kern-Kern-Quantenregister (CCQUREG) in Diamant als Substrat (D) ein ¹³C-Isotop als ersten Kernquantenpunkt (CI1) aufweisen und ein ¹⁵N-Isotop als zweiten Kernquantenpunkt (CI2), die bei ausreichender Nähe miteinander wechselwirken.
Konstruktion eines Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG)
Aus den zuvor beschriebenen Registern lässt sich nun ein Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG) zusammensetzen.
Ein solches Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG) umfasst erfindungsgemäß ein erstes Kernquantenbit (CQUB1) und mindestens ein zweiten Kernquantenbit (CQUB2), wie es zuvor beschrieben wurde. Das Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG) umfasst darüber hinaus ein erstes Quantenbit (QUB1) und mindestens ein zweites Quantenbit (QUB2), wie sie zuvor beschrieben wurden. Ein solches Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG) ist die einfachste Form eines Quantenbusses (QUBUS).
Bevorzugt bilden nun das erste Kernquantenbit (CQUB1) und das erste Quantenbit (QUB1) ein Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG), im Folgenden erstes Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG1) genannt, in der zuvor bereits beschriebenen Form. Das zweite Kernquantenbit (CQUB2) und das zweite Quantenbit (QUB2) bilden bevorzugt in analoger Weise ein Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG), im Folgenden zweites Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG2) genannt.
Theoretisch können das erste Kernquantenbit (CQUB1) und das zweite Kernquantenbit (CQUB2) ein Kern-Kern-Quantenregister (CCQUREG) entsprechend der vorausgehenden entsprechenden Beschreibung bilden.
Wichtiger ist jedoch, dass bevorzugt das erste Quantenbit (QUB1) und das zweite Quantenbit (CQUB2) ein Elektron-Elektron-Quantenregister (QUREG), wie zuvor beschrieben, bilden, da dies den Transport von Abhängigkeiten zwischen dem ersten Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG1) und dem zweites Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG2) ermöglicht. Dieses Elektron-Elektron-Quantenregister (QUREG) kann dadurch die Funktion übernehmen, die in einem konventionellen Rechner der Datenbus hat. Das Elektron-Elektron-Quantenregister (QUREG) kann auch durch eine geschlossene Kette von Elektron-Elektron-Quantenregistern (QUREG) ersetzt sein, die auch Verzweigungen und Schleifen umfassen kann. Somit wird die Erstellung kompexer Quantennetzwerke (QUNET) möglich, die die verschiedenen Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG2) miteinander verbinden. Statt der Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG1, CEQUREG2) können auch zwei Quanten-ALUs (QUALU1, QUALU2) verwendet werden, die durch das Elektron-Elektron-Quantenregister (QUREG) oder das Quantennetzwerk (QUNET) miteinander verbunden werden. Ein Quantennetzwerk (QUNET) umfasst dabei mindestens zwei Quantenbusse (QUBUS), die miteinander verbunden sind.
Erfindungsgemäße Quantenpunktarrays
Konstruktion eines vorschlagsgemäßen Quantenpunktarrays
Wie oben vorgestellt, ist eine wichtige mögliche Basis des hier beschriebenen Quantencomputersystems eine eindimensionale Anordnung (25) von Quantenpunkten (QREG1D, QREG2D), die als Teil eines Quantenbussystems Knicke (26), Abzweigungen (27) und Schleifen (28) aufweisen kann. In den erwähnten Figuren sind die Quantenpunkte Teil der in diesen Figuren dargestellenten QuantenALUs. Die Quantenpunkte (NV11, NV12, NV13, NV21, NV22, NV23, NV31, NV32, NV33) werden bevorzugt in einem eindimensionalen Gitter (QREG1D) oder in einem zweidimensionalen Gitter (QREG2D) angeordnet. Dabei können einzelne Gitterplätze dieses eindimensionalen Gitters (QREG1D) oder zweidimensionalen Gitters (QREG2D) nicht mit Quantenpunkten besetzt sein. Wichtig ist dabei, dass bevorzugt die verbleibenden Quantenpunkte einen Graphen aus Elektron-Elektron-Quantenregistern (QUREG) bilden.
Damit dies möglich ist, sollte die hier vorgestellte Anordnung von Quantenpunkten (NV) bevorzugt so gestaltet werden, dass der Abstand (sp12) zweier unmittelbar benachbarter Quantenpunkte der Quantenpunkte (NV11, NV12, NV13, NV21, NV22, NV23, NV31, NV32, NV33) kleiner ist als 100 nm und/oder besser kleiner ist als 50 nm und/oder besser kleiner ist als 30 nm und/oder besser kleiner ist als 20 nm und/oder besser kleiner ist als 10 nm.
Bevorzugt sind alle, zumindest aber zwei Quantenpunkte der Quantenpunkte (NV11, NV12, NV13, NV21, NV22, NV23, NV31, NV32, NV33) jeweils für sich Teil genau eines Quantenbits wie zuvor beschrieben. Wie zuvor bereits mehrfach erwähnt, sind bei Verwendung von Diamant als Substrat (D) ein oder mehrere Quantenpunkte der Quantenpunkte (NV11, NV12, NV13, NV21, NV22, NV23, NV31, NV32, NV33) ein NV-Zentrum oder ein SiV Zentrum oder ein ST1-Zentrum oder ein L2-Zentrum. Besonders bevorzugt ist aufgrund der besseren Kenntnislage zum Zeitpunkt der Anmeldung dieser Schrift die Verwendung von NV-Zentren in Diamant.
Konstruktion eines Kern-Quantenpunktarrays (CQREG1D, CQREG2D)
Analog zu der Anordnung von Quantenpunkten kann eine Anordnung von Kernquantenpunkten (CQREG1D, CQREG2D) definiert werden. Bevorzugt sind die Kernquantenpunkte (CI11, CI12, CI13, CI21, CI22, CI23, CI31, CI32, CI33) zumindest näherungsweise in einem eindimensionalen Gitter (CQREG1D) oder in einem zweidimensionalen Gitter (CQREG2D) angeordnet. Dabei kann eine Elementarzelle dieses Gitters durch mehrere Kernquantenpunkte gebildet werden. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn ein Gitter aus QuantenALUs aufgebaut werden soll. Dabei wird ein Gitter aus Quantenpunkten (NV11, NV12, NV13, NV21, NV22, NV23, NV31, NV32, NV33) aufgebaut. Bevorzugt jedem dieser Quantenpunkte (NV11, NV12, NV13, NV21, NV22, NV23, NV31, NV32, NV33) wird dann eine Gruppe von Kernquantenpunkten zugeordnet, deren Anzahl bevorzugt, aber nicht unbedingt immer gleich ist. Bevorzugt ist auch die Anordnung der Kernquantenpunkte, die einem solchen Quantenpunkt zugeordnet sind, von QuantenALU zu QuantenALU ähnlich oder gleich. Wichtiger ist aber, dass die erste Kopplungsstärke und damit die zugehörige erste Resonanzfrequenz zwischen einem Quantenpunkt zu einem ersten Kernquantenpunkt, der diesem Quantenpunkt zugeordneten Kernquantenpunkte, verschieden ist von der zweiten Kopplungsstärke und damit die zugehörige zweite Resonanzfrequenz zwischen diesem Quantenpunkt zu einem zweiten Kernquantenpunkt, der diesem Quantenpunkt zugeordneten Kernquantenpunkte.
Wie oben ausgeführt, ist es denkbar, dass die Kernspins der Kernquantenpunkte direkt miteinander gekoppelt werden. Hierfür muss der Kernabstand (sp12') zweier unmittelbar benachbarter Kernquantenpunkte der Kernquantenpunkte (CI11, CI12, CI13, CI21, CI22, CI23, CI31, CI32, CI33) kleiner als 200 pm und/oder besser kleiner 100 pm und/oder besser kleiner ist als 50 pm und/oder besser kleiner ist als 30 pm und/oder besser kleiner ist als 20 pm und/oder besser kleiner ist als 10 pm sein.
Für die Formierung einer QuantenALU, die ein Kernelement des hier vorgestellten Quantencomputerkonzept ist, ist es besonders zu empfehlen, dass zumindest zwei Kernquantenpunkte der Kernquantenpunkte (CI11, CI12, CI13, CI21, CI22, CI23, CI31, CI32, CI33) jeweils für sich Teil genau eines Kernquantenbits, wie oben beschrieben, sind.
Wie oben beschrieben, ist es sinnvoll, wenn bei der Verwendung von Diamant als Substrat (D) ein oder mehrere Kernquantenpunkte der Kernquantenpunkte (CI11, CI12, CI13, CI21, CI22, CI23, CI31, CI32, CI33) ein oder mehrere Atomkerne eines ¹³C-Isotops sind.
Da NV-Zentren eine hier bevorzugte Variante der Realisierung der Quantenpunkte sind, ist es bevorzugt, wenn ein oder mehrere Kernquantenpunkte der Kernquantenpunkte (CI11, CI12, CI13, CI21, CI22, CI23, CI31, CI32, CI33) ein Atomkern eines ¹⁵N-Isotops platziert in Diamant als Substrat (D) sind. Dies ermöglicht es beispielsweise mittels einer Implantation eines Moleküls in Diamant, das ein ¹⁵N-Isotop und mehrere ¹³C-Isotope aufweist, in einem einzigen Arbeitsschritt eine QuantenALU mit einem NV-Zentrum und mehreren Kernquantenbits aus ¹³C-Isotopen und einem Kernquantenbit in Form des ¹⁵N-Isotops als Stickstoffatom des NV-Zentrums in Diamant zu fertigen.
Auch ist es möglich, dass ein Kernquantenpunkt der Kernquantenpunkte (CI11, CI12, CI13, CI21, CI22, CI23, CI31, CI32, CI33) ein Atomkern eines ¹⁴N-Isotops in Diamant als Substrat (D) ist.
Verfahren zum Betrieb des Quantencomputers
Im Folgenden werden verschiedene Verfahren beschrieben, die zum Betrieb des beschriebenen Quantencomputers benötigt werden, bzw. dafür sinnvoll sind.
Bevorzugt werden die folgenden Verfahren zum Betreiben eines Quanten-Computers durch eine Steuervorrichtung (µC) gesteuert und durchgeführt. Hierzu werden über einen Datenbus (DA) Binärcodes in einem Speicher der Steuervorrichtung (µC) abgelegt. Die Ablage erfolgt gemäß einem Ordnungsparameter. Dies kann beispielsweise eine Speicheradresse sein. Diese Binärcodes symbolisieren eines der folgenden Verfahren oder Kombination und/oder Abfolgen (was auch eine Kombination ist) von diesen. Diese Binärcodes werden dann in Abhängigkeit von dem Ordnungsparameter wieder aus dem Speicher abgerufen. Beispielsweise kann es sich um einen Quantencomputer-Programm-Zähler handeln, der mit jedem Prozessschritt um einen Wert von 1 erhöht wird. Dieser zeigt dann direkt oder indirekt auf die nächste Speicherstelle im Speicher und damit auf den Binärcode des als nächstes auszuführenden Verfahrens. Die Steuervorrichtung (µC) arbeitet dann somit zumindest eine Teilmenge dieser Binärcodes in Abhängigkeit von dem Ordnungsparameter ab. Die Steuervorrichtung (µC) führt dann mit Hilfe der weiteren Hilfsvorrichtungen die symbolisierten Verfahren und/oder deren Kombinationen durch.
Vorbereitende Prozesse
Die im Folgenden beschriebenen vorbereitenden Prozesse werden benötigt, um die verschiedenen Kopplungsstärken innerhalb der zuvor beschriebenen Register zu bestimmen. Diese Kopplungsstärken drücken sich in unterschiedlichen Resonanzfrequenzen aus. Um den Quantencomputer und/oder dessen Komponenten betreiben zu können, werden diese Resonanzfrequenzen einmalig vermessen und ein einem Speicher eines Steuerrechners (µC) oder einem Speicher, auf den der Steuerrechner (µC) Zugriff hat, abgelegt. Bei der selektiven Ansteuerung der Quantenpunkte, bzw. Kernquantenpunkte, bzw. Quantenregister, bzw. Kernquantenregister, bzw. Kern-Elektron-Quantenregister werden diese ermittelten Frequenzen durch die Steuervorrichtung (µC) zur selektiven Ansteuerung dieser Vorrichtungsteile verwendet.
Verfahren zur Frequenzbestimmung
Das erste Verfahren bestimmt die Resonanzfrequenz jedes einzelnen ansteuerbaren Quantenpunkts (NV) des Quantencomputers oder einer Teilvorrichtung, wie sie oben beschrieben wurde.
Diese Resonanzfrequenz wird im Folgenden mit Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW ) bezeichnet. Das angewandte Verfahren ist daher ein Verfahren zur Vorbereitung der Änderung der Quanteninformation eines ersten Quantenpunkts (NV1), insbesondere der Elektronenkonfiguration des ersten Quantenpunkts (NV1), eines ersten Quantenbits (QUB1), wie zuvor beschrieben, in Abhängigkeit von der Quanteninformation dieses ersten Quantenpunkts (NV1), insbesondere des ersten Spins der ersten Elektronenkonfiguration des ersten Quantenpunkts (NV1), des ersten Quantenbits (QUB1). Hierzu erfolgt die Bestimmung der Energieverschiebung des ersten Quantenpunkts (NV1), insbesondere dessen ersten Elektronenkonfiguration, insbesondere wenn der Spin der ersten Elektronenkonfiguration Spin-up oder wenn der Spin der ersten Elektronenkonfiguration Spin-down ist, mittels eines ODMR Experiments mittel Durchstimmen der Frequenz (f) einer auf den Quantenpunkt einstrahlenden elektromagnetischen Strahlung und die Bestimmung einer Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW ).
Das zweite Verfahren bestimmt die Resonanzfrequenz jedes einzelnen ansteuerbaren Paares von zwei Quantenpunkten (NV1, NV2) des Quantencomputers oder einer Teilvorrichtung, wie sie oben beschrieben wurde. Es geht hier somit im Gegensatz zum vorausgehenden Verfahren nicht um die Manipulation eines einzelnen Quantenpunkts, sondern nun um die Kopplung eines ersten Quantenpunkts mit einem zweiten Quantenpunkt, der vom ersten Quantenpunkt verschieden ist.
Diese Resonanzfrequenz wird im Folgenden mit Elektron1-Elektron2- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWEE ) bezeichnet. Das angewandte Verfahren ist daher ein Verfahren zur Vorbereitung der Änderung der Quanteninformation eines ersten Quantenpunkts (NV1), insbesondere des Spins der Elektronenkonfiguration des Quantenpunkts (NV1), eines ersten Quantenbits (QUB1) eines Quantenregisters (QUREG), wie zuvor beschrieben, in Abhängigkeit von der Quanteninformation eines zweiten Quantenpunkts (NV2), insbesondere vom zweiten Spin der zweiten Elektronenkonfiguration des zweiten Quantenpunkts (NV2), eines zweiten Quantenbits (QUB2) dieses Quantenregisters (QUREG). Das Verfahren umfasst die Bestimmung der Energieverschiebung des ersten Quantenpunkts (NV1), insbesondere dessen ersten Elektronenkonfiguration, insbesondere wenn der Spin der zweiten Elektronenkonfiguration Spin-up oder wenn der Spin der zweiten Elektronenkonfiguration Spin-down ist, mittels eines ODMR Experiments durch Durchstimmen der Frequenz (f) und Bestimmung einer Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWEE ).
Das dritte Verfahren bestimmt die Resonanzfrequenz jedes einzelnen ansteuerbaren Paares von einem Quantenpunkt (NV1) und einem Kernquantenpunkt (Cl) des Quantencomputers oder einer Teilvorrichtung, wie sie oben beschrieben wurde. Es geht hier somit im Gegensatz zum vorausgehenden Verfahren nicht um die Manipulation eines einzelnen Quantenpunkts oder eines Paares von zwei Quantenpunkten, sondern nun um die Kopplung eines ersten Quantenpunkts mit einem ersten Kernquantenpunkt.
Die Resonanzfrequenz zur Änderung der Quanteninformation eines Quantenpunkts (NV), insbesondere des Spins seiner Elektronenkonfiguration, eines Quantenbits (QUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) in Abhängigkeit von der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (Cl) wird im Folgenden mit Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE ) bezeichnet.
Die Resonanzfrequenz zur Änderung der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (Cl) in Abhängigkeit von der Quanteninformation eines Quantenpunkts (NV), insbesondere des Spins seiner Elektronenkonfiguration, eines Quantenbits (QUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) wird im Folgenden mit Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenzen (f_RWEC ) bezeichnet.
Das Verfahren zur Bestimmung der Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE ) ist daher ein Verfahren zur Vorbereitung der Änderung der Quanteninformation eines Quantenpunkts (NV), insbesondere des Spins seiner Elektronenkonfiguration, eines Quantenbits (QUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG), wie oben beschrieben, in Abhängigkeit von der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines Kernquantenbits (CQUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG). Das Verfahren umfasst die Bestimmung der Energieverschiebung des Quantenpunkts (NV), insbesondere dessen Elektrons, insbesondere wenn der Kernspin Spin up oder wenn der Kernspin Spin down ist, mittels eines ODMR Experiments durch Durchstimmen der Frequenz (f) und Bestimmung einer Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE ).
Das Verfahren zur Bestimmung der Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenzen (F_RWEC ) dagegen ist ein Verfahren zur Vorbereitung der Änderung der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines Kernquantenbits (CQUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG), wie oben beschrieben, in Abhängigkeit von der Quanteninformation eines Quantenpunkts (NV), insbesondere des Spins dessen Elektronenkonfiguration, eines Quantenbits (QUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG). Das Verfahren umfasst die Bestimmung der Energieverschiebung eines Quantenpunkts (NV), insbesondere dessen Elektronenkonfiguration, insbesondere wenn der Kernspin Spin up oder wenn der Kernspin Spin down ist, mittels eines ODMR Experiments durch Durchstimmen der Frequenz (f) und Bestimmung der Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenzen (f_RWEC).
Der Vollständigkeit halber wird hier auch die Kopplung zweier Kernspins behandelt. Hierbei ist das Verfahren ein Verfahren zur Vorbereitung der Änderung der Quanteninformation eines ersten Kernquantenpunkts (CI1), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines ersten Kernquantenbits (CQUB) eines Kern-Kern-Quantenregisters (CCQUREG) in Abhängigkeit von der Quanteninformation eines zweiten Kernquantenpunkts (CI2), insbesondere des Kernspins des zweiten Kernquantenpunks (Ci2), eines zweiten Kernquantenbits (CQUB2) dieses Kern-Kern-Quantenregisters (CCQUREG). Das Verfahren umfasst die Bestimmung der Energieverschiebung eines ersten Kernquantenpunkts (CI1), insbesondere dessen ersten Kernspins, insbesondere wenn der zweite Kernspin des zweiten Kernquantenpunkts (CI2) Spin up oder wenn der zweite Kernspin Spin down ist, mittels eines ODMR Experiments durch Durchstimmen der Frequenz (f) und Bestimmung der Kern-Kern-Radiowellenresonanzfrequenzen (f_RWCC ).
Im Folgenden wird nun angenommen, dass die zuvor beschriebenen Kern-Kern-Radiowellenresonanzfrequenzen (f_RWCC ), Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenzen (f_RWEC), Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenzen (f_MWCE ). Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenzen (f_MWEE ) und Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenzen (f_MW ) für die elektromagnetischen Steuerfelder und damit für die elektrischen Steuerströme der horizontalen und vertikalen Leitungen (LH, LV) bekannt sind. Die entsprechenden Werte für die zu manipulierenden Quantencomputerkomponenten, die zuvor beschrieben wurde, werden bevorzugt in einem Speicher des Steuerrechners (µC) oder einem Speicher, der diesem zugänglich ist, abgelegt.
Der Steuerrechner (µC) konfiguriert für jede Operation dann Mittel (HD1, HD2, HD3, VD1, HS1, HS2, HS3, VS1) in der Art, dass diese Mittel (HD1, HD2, HD3, VD1, HS1, HS2, HS3, VS1) bevorzugt beginnend mit dem Startsignal des Steuerrechners (µC) oder einer anderen, bevorzugt durch den Steuerrechner (µC) kontrollierten, Ablaufsteuerung die notwendigen Strombursts und/oder elektromagnetischen Wellenbursts mit der richtigen Frequenz und der richtigen Hüllkurve erzeugen.
Einzeloperationen
Im Folgenden werden wichtige Einzeloperationen beschrieben, die zum Verwenden des hier vorgeschlagenen Quantencomputers notwendig sind. Diese Einzeloperationen können zu Befehlssequenzen zusammengesetzt werden. Bevorzugt steuert eine Steuervorrichtung, beispielsweise ein Steuerrechner (µC), die zeitliche Abfolge der hier vorgestellten Einzeloperationen. Bevorzugt arbeitet dabei der Steuerrechner (µC) bzw. die Steuervorrichtung einen Programm-Code aus Binär-Zahlen ab, bei denen zumindest ein Teil der Binärzahlen eine vorbestimmte Folge von Einzeloperationen darstellt.
Ein Einzeloperationscode des besagten Binärprogramms des Steuerrechners (µC) löst eine Operation des Steuerrechners (µC) aus, die bevorzugt aus einer oder mehreren Einzeloperationen bestehen kann, die bevorzugt zeitlich sequenziell oder parallel ausgeführt werden. Der Steuerrechner (µC) erhöht hierzu einen Programmzähler (PCN) und ermittelt den Binärwert des aktuellen Einzeloperationscodes am Speicherort entsprechend dem Programmzähler (PCN) in seinem Programmspeicher, der den Binärcode enthält. Bei dem Steuerrechner (µC) handelt es sich bevorzugt um einen konventionellen Rechner in von-Neumann- oder Harvard-Architektur. Der Steuerrechner (µC) erzeugt dann die zeitlich korrekten Abfolgen der verschiedenen Steuersignale für die horizontalen und vertikalen Leitungen (LH, LV) der Quantenbits (QUB) des Quantencomputers und die betreffenden Hilfsaggregate, wie beispielsweise Leuchtmittel zur Erzeugung „grünen Lichts“ zur Bestrahlung der Quantenpunkte (NV) der Quantenbits (QUB) mit grünem Licht entsprechend dem Binärwert des Programm-Codes am Speicherort. Bevorzugt verweist ein solcher Binärwert des Programm-Codes auf Unter-Routinen aus Einzeloperationscodes, um komplexere Abfolgen erzeugen zu können.
Im Folgenden nehmen wir an, dass der Quantencomputer über n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) verfügt, die linear längs einer horizontalen Leitung (LH1) angeordnet sind. Jedem j-ten Quantenbit (QUBj), mit 1≤j≤n, der n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) sei jeweils eine j-te vertikale Leitung (LVj), mit 1≤j≤n, der n vertikalen Leitungen (LV1 bis LVn) zugeordnet. Den n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) entsprechen ihre n Quantenpunkte (NV11 bis NV1n). Für die Situation n=3 sei eine lineare Anordnung der Quantenbits (QUB1 bis QUBn) in Form eines eindimensionalen Quantenregisters (QREG1D) vereinfacht als schematische Skizze der 10 beispielhaft hier angegeben, um das Gemeinte zu verdeutlichen.
Quantenbit-Rücksetzverfahren
Eine der wichtigsten Einzeloperationen eines Quantencomputers ist dabei ein Verfahren zum Zurücksetzen eines Quantenpunkts (NV) eines zuvor beschriebenen Quantenbits (QUB) in einen vordefinierten Zustand. Das Verfahren wird bevorzugt beispielsweise durch einen Rücksetz-Code im besagten Binärprogramm des Steuerrechners (µC) ausgelöst.
Der Steuerrechner (µC) aktiviert hierzu ein Leuchtmittel (LED), dass den betreffenden j-ten Quantenpunkt (QUBj) der n Quantenpunkte (QUB1 bis QUBn) mit grünem Licht bestrahlen kann. Hierbei kann die Vorrichtung optische Funktionsmittel wie Spiegel, Linsen, Lichtwellenleiter etc. aufweisen, die das grüne Licht des Leuchtmittels (LED) zu dem betreffenden j-ten Quantenpunkt (QUBj) der n Quantenpunkte (QUB1 bis QUBn) leiten. Bevorzugt erfolgt das Rücksetzen so, dass alle Quantenpunkte (NV1 bis NVn) aller Quantenbits (QUB1 bis QUBn) des Quantencomputers gleichzeitig durch Bestrahlung mit grünem Licht einer oder mehrerer Leuchtmittel (LED) zurückgesetzt werden. Es erfolgt somit ein Bestrahlen zumindest eines Quantenpunkts (NV) der Quantenpunkte (NV1 bis NVn) mit Licht, das funktionsgleich zu einer Bestrahlung eines NV-Zentrums in Diamant bei der Verwendung dieses NV-Zentrums als Quantenpunkt (NV) mit „grünem Licht“ in Bezug auf die Wirkung dieser Bestrahlung auf den Quantenpunkt (NV) ist. Bei einem NV-Zentrum (NV) in Diamant führt die Bestrahlung mit „grünem Licht“ im Sinne dieser Offenlegung zu einem Zurücksetzen der Quanteninformation. Bei der beispielhaften Verwendung eines NV-Zentrums (NV) als Quantenpunkt (NV) besitzt das „grüne Licht“ bevorzugt eine Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm Wellenlänge und/oder besser 450 nm bis 650 nm und/oder besser 500 nm bis 550 nm und/oder besser 515 nm bis 540 nm. Im Zuge der Erarbeitung des technischen Inhalts dieser Schrift ergab eine Wellenlänge von 532 nm der elektromagnetischen Rücksetzstrahlung, die durch einen Laser (LED) erzeugt wurde, gute Resultate. Im Falle der Verwendung anderer Subastrate (D) und/oder anderer Quantenpunkte wird eine elektromagnetische Strahlung im Sinne dieser Schrift dann als „grünes Licht“ bezeichnet, wenn diese Bestrahlung mit dieser elektromagnetischen Strahlung eine funktionsähnliche Wirkung auf den betreffenden Quantenpunkt (NV) hat, wie die zuvor beschriebene Bestrahlung eines NV-Zentrums in Dimant mit elektromagnetischer Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm Wellenlänge und/oder besser 450 nm bis 650 nm und/oder besser 500 nm bis 550 nm und/oder besser 515 nm bis 540 nm und/oder optimal mit einer Wellenlänge von 532 nm. Dieses funktionsgleiche Licht wird in dieser Schrift ganz allgemein als „grünes Licht“ bezeichnet und ist daher nicht durch den visuellen Eindruck, sondern durch seine Funktionalität in der vorgeschlagenen Vorrichtung definiert.
Kernquantenbit-Rücksetzverfahren bzw. QuantenALU-Rücksetzverfahren
Im Folgenden Abschnitt wird das Zurücksetzen eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG), wie es oben beschrieben wurde, dargestellt. Wie zuvor beschrieben, kann das Quantenbit (QUB) des eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) als Terminal für den Anschluss einer Kette aus Quantenregistern (QUREG) verstanden werden. Über dieses Terminal des Quantenpunkts (NV) des Quantenbits( QUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) wird bevorzugt der Löschvorgang des Kernquantenbits (CQUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) durchgeführt, da der direkte Zugriff auf den Kernquantenpunkt (Cl) des Kernquantenbits (CQUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) schwierig ist. Um diesen Kernquantenpunkt (Cl) des Kernquantenbits(CQUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) zurückzusetzen, wird zunächst der Quantenpunkt (NV) des Quantenbits (QUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) zurückgesetzt. Dies geschieht wie oben beschrieben durch Bestrahlen des Quantenpunkts (NV) des Quantenbits (QUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) mit grünem Licht. Der erste Schritt ist somit die Einzeloperation des Löschens der Quanteninformation des Quantenpunkts(NV) des Quantenbits (QUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG).
Nun ändert in einer zweiten Quantenoperation bevorzugt der Steuerrechner (µC) die Quanteninformation des Kernquantenpunkts (Cl) des Kernquantenbits (CQUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) in Abhängigkeit von der Quanteninformation des Quantenpunkts (NV). Insbesondere wird hierbei der bevorzugt der Kernspins des Atomkerns des Kernquantenpunkts (Cl) des Kernquantenbits (CQUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) geändert. Bevorzugt erfolgt die Änderung in Abhängigkeit von dem Elektronenspin der Elektronenkonfiguration des Quantenpunkts (NV) des Quantenbits (QUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) bzw. vom Elektronenspin eines Elektrons des Quantenpunkts (NV) des Quantenbits (QUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG). Bevorzugt erfolgt die Änderung der Quanteninformation des Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, des Kernquantenbits (CQUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) in Abhängigkeit von der Quanteninformation des Quantenpunkts (NV), insbesondere vom Elektronenspin dessen Elektrons bzw. dessen Elektronenkonfiguration, des Quantenbits (QUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) mit Hilfe eines Verfahrens wie zuvor beschrieben.
Einzelbit - Manipulationen
Quantenbit-Manipulationsverfahren
Wir beschreiben nun ein Verfahren zur Manipulation eines einzelnen Quantenbits (QUB). Wir nehmen hier an, dass das Quantenbit (QUB) insbesondere einem der zuvor beschriebenen Quantenbitkonstruktionen entspricht. Um nun den Quantenpunkt (NV) des Quantenbits (QUB) anzusteuern erfolgt ein zeitweises Bestromen der horizontalen Leitung (LH). Hierbei speist die zugehörige horizontale Treiberstufe (HD) bevorzugt einen horizontalen Mikrowellenstrom in die horizontale Leitung (LH) ein, die mit der Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW ) moduliert ist. Dabei handelt es sich nur um die Schwerpunktfrequenz des Stromsignals. In der Realität handelt es sich ja um einen Burst. Alleine schon durch die zeitliche Begrenzung des Bursts mit einem Startzeitpunkt und einem Endzeitpunkt kommt es zu einer Modifikation des Spektrums, die hier nicht weiter betrachtet wird. Der Startzeitpunkt und der Endzeitpunkt entsprechen einer zeitweisen Bestromung. Der durch die horizontale Treiberstufe (HD) eingespeiste horizontalen Strom (IH) weist somit eine horizontale Stromkomponente auf, die mit einer Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW ) mit einer horizontalen Modulation moduliert ist. In analoger Weise erfolgt ein zeitweises Bestromen der vertikalen Leitung (LV) mit einem vertikalen Strom (IV) mit einer vertikalen Stromkomponente, die mit der Elektron-Elektron-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW ) mit einer vertikalen Modulation moduliert ist. Hierbei speist die zugehörige vertikale Treiberstufe (VD) bevorzugt einen vertikalen Mikrowellenstrom in die horizontale Leitung (LH) ein, der mit der Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW ) moduliert ist. Auch hier wird wieder ein Strom-Burst verwendet, der einen zeitlichen Beginn und ein zeitliches Ende aufweist. Die vertikale Bestromung ist somit ebenfalls nur zeitweise. Bevorzugt ist jedoch der zeitliche Beginn des vertikalen Strom-Bursts gegenüber dem zeitlichen Beginn des horizontalen Strom-Bursts zeitlich verschoben. Damit ist die horizontale Modulation der horizontalen Stromkomponente bevorzugt um +/- 90° gegenüber der vertikalen Modulation der vertikalen Stromkomponente zeitlich phasenverschoben. Dies führt zu einem links oder rechts-polarisierten Mikrowellenfeld am Ort des Quantenpunkts (NV), der mit Hilfe dieses Mikrowellenfeldes dann manipuliert werden kann. Die zeitliche Differenz zwischen dem zeitlichen Ende des vertikalen Strom-Bursts und dem zeitlichen Beginn des vertikalen Strom-Bursts ist die vertikale Pulsdauer. Die zeitliche Differenz zwischen dem zeitlichen Ende des horizontalen Strom-Bursts und dem zeitlichen Beginn des horizontalen Strom-Bursts ist die horizontale Pulsdauer. Bevorzugt sind die vertikale Pulsdauer und die horizontale Pulsdauer in etwa gleich. Die vertikale Stromkomponente ist somit bevorzugt mit einem vertikalen Strompuls mit einer Pulsdauer gepulst und die horizontale Stromkomponente ist bevorzugt mit einem horizontalen Strompuls mit einer Pulsdauer gepulst. Um die zirkulare Polarisation des elektromagnetischen Mikrowellenfeldes am Ort des Quantenpunkts (NV) des Quantenbits (QUB) zu erzeugen, ist der vertikale Strompuls gegenüber dem horizontalen Strompuls bevorzugt um +/- π/2 der Periode der Elektron-Elektron-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW ) phasenverschoben. Der Steuerrechner (µC) stellt dabei die horizontale Treiberstufe (HD) und die vertikale Treiberstufe (VD) so ein, dass diese bevorzugt mit Hilfe eines Synchronisationssignals synchronisiert und phasenrichtig den jeweiligen horizontalen Strompuls bzw. vertikalen Strompuls erzeugen.
Bevorzugt entspricht dabei die zeitliche Pulsdauer des horizontalen Strompulses und die zeitliche Pulsdauer des vertikalen Strompulses einer zeitlichen Pulsdauer entsprechend einer zeitlichen Phasendifferenz von π/4 oder π/2 (Hadamard Gate) oder 3π/4 oder π (NOT-Gate) der Rabi-Oszillation des Quantenpunkts (NV). Im Falle einer Pulsdauer von π/2 wird im Folgenden von einem Hadamar-Gate oder einer Hadamar-Operation gesprochen. Im Falle einer Pulsdauer von π wird im Folgenden von einem NOT-Gate oder einer NOT-Operation gesprochen. Alternativ kann eine Operation bevorzugt auch so definiert werden, dass die zeitliche Pulsdauer des horizontalen Strompulses und die zeitliche Pulsdauer des vertikalen Strompulses einer zeitlichen Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Rabi-Oszillation des Quantenpunkts (NV) entspricht.
Muss ein Quantenbit (QUBj) (1≤j≤n) mehrerer Quantenbits (QUB1 bis QUBn) (n>1, n∈N) einer Gesamtvorrichtung angesteuert werden, so ist das zu verwendende Spektrum des MikrowellenBursts dahingehend entscheidend, dass dieses über die Verkopplung mit anderen Quantenbits der n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) entscheidet. Dies wird durch eine geeignete Gestaltung der Einschwingphase und der Ausschwingphase des Mikrowellenbursts erreicht. Ein Strompuls zur Erzeugung eines Mikrowellenpulses weist daher bevorzugt eine Einschwingphase und eine Ausschwingphase auf, wobei der Strompuls eine Amplitudenhüllkurve besitzt. Die Pulsdauer des Strompulses bezieht sich dann auf den zeitlichen Abstand der Zeitpunkte der 70% Amplitude der Amplitudenhüllkurve bezogen auf die Maximalamplitude der Amplitudenhüllkurve des Strompulses zur Erzeugung des Mikrowellensignals.
Kernquanten bit - Manipulationsverfahren
Im vorausgehenden Abschnitt wurde diskutiert, wie der Quantenzustand eines Elektrons bzw. der Elektronenkonfiguration eines Quantenpunkts (NV) eines Quantenbits (QUB) direkt manipuliert werden kann. Nun wird das analoge Verfahren für ein Kernquantenbit (CQUB), wie es zuvor beschrieben wurde, betrachtet.
Wie leicht durch Vergleich der 1 und 2 leicht erkenntlich ist, ist die Vorrichtung zur direkten Ansteuerung des Kernquantenpunkts (CI) eines Kernquantenbits (CQUB) praktisch gleich der Vorrichtung zur Ansteuerung des Quantenpunkts (NV) eines Quantenbits (QUB). Diese Vorrichtung besteht in den Vorrichtungen der 1 und 2 aus einer horizontalen Leitung (LH) und einer vertikalen Leitung (LV), die sich über dem Quantenpunkt (NV) bzw. dem Kernquantenpunkt (CI) kreuzen.
Die Ansteuerung eines Kernquantenpunktes (CI) erfolgt daher analog zu der Ansteuerung eines Quantenpunkts (NV). Da die Masse eines Elektrons bzw. einer Elektronenkonfiguration eines Quantenpunkts (NV) geringer ist als die Masse eines Atomkerns eines Kernquantenpunkts (CI), ist für die Manipulationen des Kernquantenpunkts (Cl) eine betragsmäßig kleinere zweiten Kern-Kern-Radiowellenfrequenz (f_RWCC2 ) notwendig als der Betrag der Elektron-Elektron-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW ), die zur Manipulation des Quantenpunkts (NV) verwendet wird.
Das Verfahren zu Manipulation der Quanteninformation des Kernquantenpunkts (Cl) umfasst daher analog zur Ansteuerung des Quantenpunkts (NV) eines Quantenbits (QUB) ein Bestromen der horizontalen Leitung (LH) des Kernquantenbits (CQUB) mit einem horizontalen Strom (IH) mit einer horizontalen Stromkomponente, die mit einer ersten Kern-Kern-Radiowellenfrequenz (f_RWCC ) und/oder mit einer zweiten Kern-Kern-Radiowellenfrequenz (f_RWCC2 ) als Modulationsfrequenz mit einer horizontalen Modulation moduliert ist. Des Weiteren umfasst das Verfahren in analoger Weise das vorzugsweise leicht zeitversetzte Bestromen der vertikalen Leitung (LV) des Kernquantenbits (CQUB) mit einem vertikalen Strom (IV) mit einer vertikalen Stromkomponente, die mit der Modulationsfrequenz mit einer vertikalen Modulation moduliert ist. Wie bei der Ansteuerung eines Quantenpunkts (NV) ist es sinnvoll, zur Manipulation des Kernquantenpunkts (CI) links oder rechts polarisierte elektromagnetische Wellen am Ort des Kernquantenpunkts (CI) zu verwenden. Hierzu ist bevorzugt die horizontale Modulation der horizontalen Stromkomponente um +/- 90° gegenüber der vertikalen Modulation der vertikalen Stromkomponente zeitlich phasenverschoben. Hierbei bezieht sich die Angabe +/-π/2 auf die Phasenlage der Modulationsanteile des vertikalen Stromanteils und der horizontalen Stromanteils mit Kern-Kern-Radiowellenfrequenz (f_RWCC2) relativ zueinander. Wie zuvor im Falle der Manipulation eines Quantenpunkts (NV) sind auch im Falle der Manipulation eines Kernquantenpunkts die vertikale Stromkomponente mit einem vertikalen Strompuls mit einer Pulsdauer gepulst und die horizontale Stromkomponente mit einem horizontalen Strompuls mit einer Pulsdauer gepulst. Alternativ kann dies auch so ausgedrückt werden, dass bevorzugt der vertikale Strompuls gegenüber dem horizontalen Strompuls um +/- π/4 oder besser +/- π/2 der Periode der ersten Kern-Kern-Radiowellenfrequenz (f_RWCC ) bzw. um +/- π/4 oder besser +/- π/2 der Periode der zweiten Kern-Kern-Radiowellenfrequenz (f_RWCC2 ) phasenverschoben ist. Bevorzugt besitzt die zeitliche Pulsdauer des horizontalen Strompulses und des vertikalen Strompulses eine Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (NOT-Gate) der Periodendauer der Rabi-Oszillation Kernquantenpunkts (Cl) des ersten Kernquantenbits (CQUB). Anders ausgedrückt besitzt die zeitliche Pulsdauer des horizontalen Strompulses und des vertikalen Strompulses eine Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Periodendauer der Rabi-Oszillation Kernquantenpunkts (Cl) des ersten Kernquantenbits (CQUB).
Bevorzugt entspricht dabei die zeitliche Pulsdauer des horizontalen Strompulses und die zeitliche Pulsdauer des vertikalen Strompulses einer zeitlichen Pulsdauer entsprechend einer zeitlichen Phasendifferenz von π/4 oder π/2 (Hadamard Gate) oder 3π/4 oder π (NOT-Gate) der Rabi-Oszillation des Kernquantenpunkts (CI). Im Falle einer Pulsdauer von π/2 wird im Folgenden von einem Hadamar-Gate oder einer Hadamar-Operation gesprochen. Im Falle einer Pulsdauer von π wird im Folgenden von einem NOT-Gate oder einer NOT-Operation gesprochen. Alternativ kann eine Operation bevorzugt auch so definiert werden, dass die zeitliche Pulsdauer des horizontalen Strompulses und die zeitliche Pulsdauer des vertikalen Strompulses einer zeitlichen Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Rabi-Oszillation des Kernquantenpunkts (CI) entspricht.
Muss ein Kernquantenpunkt (Clj) mehrerer Kernquantenpunkte (CI1 bis Cln) einer Gesamtvorrichtung, z.B. einer QuantenALU wie sie im Folgenden noch erläutert wird, angesteuert werden, so ist das zu verwendende Spektrum des Radiowellen-Bursts dahingehend entscheidend, dass dieses über die Verkopplung mit anderen Kernquantenpunkten der n Kernquantenpunkte (Cl1 bis Cln) entscheidet. Dies wird durch eine geeignete Gestaltung der Einschwingphase und der Ausschwingphase des Radiowellenbursts erreicht. Ein Strompuls zur Erzeugung eines Radiowellenpulses (=Radiowellenbursts) weist daher bevorzugt eine Einschwingphase und eine Ausschwingphase auf, wobei der Strompuls eine Amplitudenhüllkurve besitzt. Die Pulsdauer des Strompulses bezieht sich dann auf den zeitlichen Abstand der Zeitpunkte der 70% Amplitude der Amplitudenhüllkurve bezogen auf die Maximalamplitude der Amplitudenhüllkurve des Strompulses zur Erzeugung des Radiowellensignals.
Das Kernquantenbitmanipulationsverfahren wird hier nur der Vollständigkeit halber aufgeführt. Für den Betrieb des Quantencomputers hat es eine untergeordnete Bedeutung.
Quantenregistereinzeloperationen
Selektive Manipulationsverfahren für einzelne Quantenbits in Quantenregistern
Selektives Ansteuerverfahren zur Ansteuerung eines einzelnen Quantenbits eines Quantenregisters ohne wesentliche Beeinträchtigung der anderen Quantenbits des betreffenden Quantenregisters. In diesem Abschnitt wird diskutiert, wie die Quanteninformation eines einzelnen Quantenbits (QBj) eines Quantenregisters (QUREG) mit n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) mit 1≤j≤n mit hoher Wahrscheinlichkeit geändert werden kann ohne der Quanteninformationen der n-1 anderen Quantenbits (QUB1 bis QUB(i-1) und QUB(j+1) bis QUBn) der n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) zu ändern. Dies ist somit eine sehr grundlegende Operation, da sie die Adressierung einzelner Quantenbits (QUBj) der n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) beschreibt.
Zur Beschreibung des Vorgangs wird angenommen, dass j=1 gilt, es sich also um das erste Quantenbit (QUB1) handelt. Das Verfahren kann aber auch auf alle anderen Quantenbits eines ein- oder zweidimensionalen Quantenregisters angewendet werden. Das Quantenregister und die Quantenbits entsprechen bevorzugt den zuvor beschriebenen Quantenbits und Quantenregistern.
Es handelt sich bei dem hier beispielhaft beschriebenen Verfahren somit um ein beispielhaftes Verfahren zur selektiven Ansteuerung eines ersten Quantenbits (QUB1) eines Quantenregisters (QUREG), wie es zuvor beschrieben wurde. Zuvor wurde beispielhaft angenommen, dass die Quantenbits längs der ersten horizontalen Leitung (LH1) angeordnet sind, die den Quantenbits des Quantenregisters gemeinsam sein soll. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass diese Anordnung hier nur beispielhaft zur Vereinfachung der Beschreibung verwendet wird und dass andere Anordnungen möglich sind und von der Beanspruchung umfasst sind.
Für die Adressierung umfasst das Verfahren den Schritt des zeitweisen Bestromens der beispielhaft gemeinsamen ersten horizontalen Leitung (LH1) des Quantenregisters (QUREG) mit einer ersten horizontalen Stromkomponente des ersten horizontalen Stromes (IH1), der mit einer ersten horizontalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWH1 ) mit einer ersten horizontalen Modulation moduliert ist. Es wird also ein erster horizontaler Strom-Burst oder Strompuls in die erste horizontale Leitung (LH1) eingespeist. Entsprechend der beispielhaften Konstruktion werden somit alle Quantenbits des Quantenregisters (QUREG) längs der ersten horizontalen Leitung (LH1) dem sich ergebenden magnetischen Feld ausgesetzt. Des Weiteren umfasst das beispielhafte Verfahren das zeitweise Bestromen der ersten vertikalen Leitung (LV1) des Quantenregisters (QUREG) mit einer ersten vertikalen Stromstromkomponente des ersten vertikalen Stromes (IV1), die mit der ersten vertikalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV1 ) mit einer ersten vertikalen Modulation moduliert ist. Das magnetische Feld dieser ersten vertikalen Stromstromkomponente des ersten vertikalen Stromes (IV1) beeinflusst somit vor allem den ersten Quantenpunkt (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) und in wesentlich geringerem Maße die benachbarten Quantenpunkte der benachbarten Quantenbits, wobei die Beeinflussung mit steigendem Abstand schnell abfällt. Es wird also ein erster vertikaler Strom-Burst oder Strompuls in die erste vertikale Leitung (LV1) eingespeist.
Um nun die anderen Quantenpunkte der anderen Quantenbits der n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) und zwar insbesondere die unmittelbar benachbarten Quantenpunkte der benachbarten Quantenbits nicht durch den vertikalen Strompuls und/oder den horizontalen Strompuls anzusprechen, werden die Resonanzfrequenzen dieser nicht anzusprechenden Quantenbits gezielt verstimmt. Durch diese Verstimmung geraten diese verstimmten Quantenpunkte nicht mehr in Resonanz mit der vertikalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV1 ) und/oder der horizontalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWH1 ). Somit wird die Quanteninformation der Quantenpunkte dieser verstimmten Quantenbits der n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) nicht durch den vertikalen Strompuls und/oder den horizontalen Strompuls beeinflusst.
Dieses Verfahren zur Selektion eines einzelnen Quantenbits ist ein wesentlicher Aspekt der hier vorgelegten technischen Lehre. Mittels dieser Methodik können einzelne Quantenbits aber auch Gruppen von zwei oder mehr Quantenbits, beispielsweise einzelne Zwei-Bit-Quantenregister innerhalb von Mehrbitquantenregistern, mittels Verstimmung der nicht anzusprechenden Quantenbits und Ansteuerung mit der geeigneten Resonanzfrequenz angesprochen werden.
Die Verstimmung wird an der Paarung aus einem ersten Quantenbit (QUB1) und einem zweiten Quantenbit (QUB2) erläutert. Sie kann auf andere Paarungen beispielsweise eines i-ten Quantenbits (QUBi) mit einem j-ten Quantenbit (QUBj) erweitert werden. Somit können dann k Quantenbits angesprochen werden und n-k Quantenbits verstimmt werden sodass nur k Quantenbits eines Quantenregisters mit n Quantenbits angesprochen werden. Besonders bevorzugt wird k=1 gewählt.
Diese Verstimmung der Resonanzfrequenzen erfolgt bevorzugt durch zusätzliches Bestromen der ersten horizontalen Leitung (LH1) mit einer ersten horizontalen Gleichstromkomponente (IHG1) des ersten horizontalen Stromes (IH1), wobei die erste horizontale Gleichstromkomponente (IHG1) einen ersten horizontalen Stromwert von 0A aufweisen kann, und/oder durch zusätzliches Bestromen der ersten vertikalen Leitung (LV1) mit einer ersten vertikalen Gleichstromkomponente (IVG1) des ersten vertikalen Stromes (IV1), wobei auch die erste vertikale Gleichstromkomponente (IVG1) einen ersten vertikalen Stromwert von 0A aufweisen kann. Um die anderen Quantenbits der n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) nun zu verstimmen, erfolgt beispielsweise ein zusätzliches Bestromen der zweiten vertikalen Leitung (LV2) mit einer zweiten vertikalen Gleichstromkomponente (IVG2), wobei die zweite vertikale Gleichstromkomponente einen zweiten vertikalen Stromwert aufweist, der von dem ersten vertikalen Stromwert abweicht. Durch dieses Abweichen des zweiten vertikalen Stromwerts von dem ersten vertikalen Stromwert wird erreicht, dass die Resonanzfrequenz des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) von der Resonanzfrequenz des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) abweicht.
Wie bereits zuvor erwähnt, kann dieses Verfahren auch für andere Quantenbitpaarungen angewendet werden. Basis des selektiven Ansteuerungsverfahrens ist dabei, wie bereits erwähnt, die Selektion des ersten Quantenbits (QUB1) oder des zweiten Quantenbits (QUB2) durch Verstimmung der der ersten vertikalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV1 ) des ersten Quantenbits (QUB1) gegenüber der zweiten vertikalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV2 ) des zweiten Quantenbits (QUB2).
Wie zuvor ist die Verwendung zirkular polarisierter elektromagnetischer Wellen zu Manipulation der Quantenpunkte der Quantenbits sinnvoll. Es ist daher zweckmäßig, wenn die erste horizontale Modulation um +/- π/2 der Periode der ersten horizontalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWH1 ) gegenüber der ersten vertikalen Modulation phasenverschoben ist.
Besonders bevorzugt ist aus dem gleichen Grund der Fall, dass die erste vertikale Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV1 ) gleich der ersten horizontalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWH1 ) ist.
Ebenso ist es besonders vorteilhaft, wenn die erste vertikale Stromkomponente mit einem ersten vertikalen Strompuls mit einer ersten Pulsdauer gepulst ist und die erste horizontale Stromkomponente ebenfalls mit einem ersten horizontalen Strompuls mit der ersten Pulsdauer gepulst ist.
Wie zuvor bereits erwähnt, ist es dann sinnvoll, wenn der erste vertikale Strompuls gegenüber dem ersten horizontalen Strompuls um +/- π/2 der Periode der ersten horizontalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWH1 ) phasenverschoben ist.
Besonders günstig ist es wieder, wenn die erste zeitliche Pulsdauer eine erste Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (NOT-Gate) der Rabi-Oszillation des ersten Quantenpunkts (NV1) hat und/oder wenn die erste zeitliche Pulsdauer eine erste Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Rabi-Oszillation des ersten Quantenpunkts (NV1) hat.
Ansteuerverfahren zur unterschiedlichen, gleichzeitigen Ansteuerung eines ersten einzelnen Quantenbits und eines zweiten einzelnen Quantenbits eines Quantenregisters
In diesem Abschnitt wird nun diskutiert, wie die in den vorhergehenden Abschnitten beschriebene Ansteuerung eines einzelnen Quantenbits (QUBj) eines Quantenregisters (QUREG) mit n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) parallelisiert werden kann, so dass zwei Quantenbits des Quantenregisters (QUREG) unterschiedlich angesprochen werden können, ohne die anderen Quantenbits des Quantenregisters wesentlich zu modifizieren. Hierbei wird hier zunächst noch eine gegenseitige Beeinflussung in Kauf genommen werden müssen. Im Vordergrund dieses Abschnitts steht somit zunächst nur die Ansteuerung eines zweiten Quantenbits. Hierbei setzt das Verfahren auf das unmittelbar zuvor beschriebene Verfahren auf. Beispielhaft wird hier angenommen, dass das erste Quantenbit (QUB1) und das zweite Quantenbit (QUB2) eines Quantenregisters (QUREG) angesteuert werden sollen und die weiteren Quantenbits (QUB3 bis QUBn) des Quantenregisters (QUREG) unbeeinflusst bleiben sollen. Statt dieser Quantenbits (QUB1, QUB2) können auch andere Quantenbitpaarungen und/oder mehr als zwei Quantenbits manipuliert werden. Insofern ist die hier behandelte Kombination aus erstem Quantenbit (QUB1) und zweiten Quantenbit (QUB2) nur beispielhaft. Das im Folgende beschriebene gilt dann entsprechend. Hier wird somit ein Verfahren zur unterschiedlichen Ansteuerung eines ersten Quantenbits (QUB1) und eines zweiten Quantenbits (QUB2) eines Quantenregisters (QUREG), wie es zuvor beschrieben wurde, beschrieben. Neben den im vorhergehenden Abschnitt beschriebenen Bestromungen zur Ansteuerung des ersten Quantenbits (QUB1) werden nun zusätzliche Leitungen bestromt. Das Verfahren umfasst daher den Schritt des zusätzlichen Bestromens der zweiten horizontalen Leitung (LH2) mit einer zweiten horizontalen Stromkomponente des zweiten horizontalen Stromes (IH2), der mit einer zweiten horizontalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWH2 ) mit einer zweiten horizontalen Modulation moduliert ist, und des zusätzlichen Bestromens der zweiten vertikalen Leitung (LV2) mit einer zweiten vertikalen Stromkomponente des zweiten vertikalen Stromes (IV2), der mit einer zweiten vertikalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV2 ) mit einer zweiten vertikalen Modulation moduliert ist.
Um eine links oder rechts polarisierte elektromagnetische Welle am Ort des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) zur erzeugen, ist es wieder sinnvoll, dass bevorzugt die zweite horizontale Modulation um +/- π/2 der Periode der zweiten horizontalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWH2 ) gegenüber der zweiten vertikalen Modulation phasenverschoben ist.
Ebenso ist bevorzugt die zweite vertikale Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV2 ) gleich der zweiten horizontalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWH2 ), um diese Phasenbeziehung sicherzustellen.
Es wird daher vorgeschlagen, dass bevorzugt die zweite vertikale Stromkomponente mit einem zweiten vertikalen Strompuls mit einer zweiten Pulsdauer gepulst ist und die erste horizontale Stromkomponente mit einem zweiten horizontalen Strompuls mit der zweiten Pulsdauer gepulst sind.
Bevorzugt ist der zweite vertikale Strompuls gegenüber dem zweiten horizontalen Strompuls um +/π/2 der Periode der zweiten vertikalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV2 ) phasenverschoben, was zu der besagten zirkularen Polarisation des elektromagnetischen Feldes am Ort des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) führt.
Um nun Quantenoperationen durchführen zu können, ist es notwendig, die zweite Pulsdauer geeignet zu wählen. Es ist daher bevorzugt, dass die zweite zeitliche Pulsdauer eine zweite Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz von π/4 oder π/2 (Hadamar-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) der Rabi-Oszillation des zweiten Quantenpunkts (NV2) besitzt und/oder dass die zweite zeitliche Pulsdauer eine zweite Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Rabi-Oszillation des zweiten Quantenpunkts (NV2) hat.
Eine Pulsdauer von π/2 entspricht dabei einem Hadamar-Gate, das auch Hadamar-Operation genannt wird. Es rotiert die Quanteninformation des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) um 90°.
Selektives Ansteuerverfahren zur synchronen Ansteuerung eines ersten einzelnen Quantenbits eines Quantenregisters und eines zweiten einzelnen Quantenbits dieses Quantenregisters ohne wesentliche Beeinträchtigung der anderen Quantenbits des betreffenden Quantenregisters In diesem Abschnitt wird nun diskutiert, wie die im vorhergehenden Abschnitt beschriebene Ansteuerung eines einzelnen Quantenbits (QUBj) eines Quantenregisters (QUREG) mit n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) parallelisiert werden kann, ohne dass es zu einer wesentlichen Beeinflussung der nicht angesprochenen Quantenbits kommt. Hierbei setzt das Verfahren auf das unmittelbar zuvor beschriebene Verfahren auf. Beispielhaft wird hier angenommen, dass das erste Quantenbit (QUB1) und das zweite Quantenbit (QUB2) eines Quantenregisters (QUREG) angesteuert werden sollen. Statt dieser Quantenbits können auch andere Quantenbitpaarungen und/oder mehr als zwei Quantenbits manipuliert werden. Das im Folgende beschriebene gilt dann entsprechend.
Das hier beschriebene Verfahren zur nun synchronen Ansteuerung eines beispielhaft ersten Quantenbits (QUB1) und eines beispielhaften zweiten Quantenbits (QUB2) eines Quantenregisters (QUREG), wie es zuvor beschrieben wurde. Es wird nun angenommen, dass die vertikalen Leitungen gleich bestromt werden und die horizontalen Leitungen unabhängig sind. Das Verfahren umfasst dann den zusätzlichen Schritt des zusätzlichen Bestromens der zweiten horizontalen Leitung (LH2) des zweiten Quantenbits (QUB2) mit einer zweiten horizontalen Stromkomponente des zweiten horizontalen Stromes (IH2), der mit der zweiten horizontalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWH2 ) mit der zweiten horizontalen Modulation moduliert ist und das zusätzliche Bestromen der ersten vertikalen Leitung (LV1) mit einer zweiten vertikalen Stromkomponente des ersten vertikalen Stromes (IV1), der mit einer zweiten vertikalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV2 ) mit einer zweiten vertikalen Modulation moduliert Bevorzugt ist die zweite horizontale Modulation um +/- π/2 der Periode der zweiten horizontalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWH2 ) gegenüber der zweiten vertikalen Modulation phasenverschoben. Ebenso bevorzugt ist die zweite vertikale Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV2 ) gleich der zweiten horizontalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWH2 ). Die zweite vertikale Stromkomponente ist bevorzugt mit einem zweiten vertikalen Strompuls mit einer zweiten Pulsdauer gepulst. Die erste horizontale Stromkomponente ist bevorzugt mit einem zweiten horizontalen Strompuls mit der zweiten Pulsdauer gepulst.
Bevorzugt ist der zweite vertikale Strompuls gegenüber dem zweiten horizontalen Strompuls um +/π/2 der Periode der zweiten vertikalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV2 ) phasenverschoben. Die zweite zeitliche Pulsdauer besitzt bevorzugt eine zweite Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz von π/4 oder π/2 (Hadamar-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) der Rabi-Oszillation des zweiten Quantenpunkts (NV2) und/oder eine zweite Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Rabi-Oszillation des zweiten Quantenpunkts (NV2).
Selektives Ansteuerverfahren zur synchronen Ansteuerung eines zweiten einzelnen Quantenbits eines Quantenregisters und eines ersten einzelnen Quantenbits dieses Quantenregisters ohne wesentliche Beeinträchtigung der anderen Quantenbits des betreffenden Quantenregisters Das nun beschriebene Verfahren entspricht dem unmittelbar zuvor beschriebenen Verfahren mit dem Unterschied, dass das erste Quantenbit (QUB1) und das zweite Quantenbit (QUB2) die Rolle tauschen.
Es handelt sich somit um ein Verfahren zur unterschiedlichen Ansteuerung eines ersten Quantenbits (QUB1) und eines zweiten Quantenbits (QUB2) eines Quantenregisters (QUREG), wie es zuvor beschrieben wurde. Das Verfahren umfasst den Schritt des Bestromens der ersten horizontalen Leitung (LH1) mit einer zweiten horizontalen Stromkomponente des ersten horizontalen Stromes (IH1), der mit einer zweiten horizontalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWH2 ) mit einer zweiten horizontalen Modulation moduliert ist. Und des zusätzlichen Bestromens der zweiten vertikalen Leitung (LV2) mit einer zweiten vertikalen Stromkomponente des zweiten vertikalen Stromes (IV2), der mit einer zweiten vertikalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV2 ) mit einer zweiten vertikalen Modulation moduliert ist.
Wie zuvor ist bevorzugt die zweite horizontale Modulation um +/- 90° der Periode der zweiten vertikalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV2 ) und/oder der zweiten horizontalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWH2 ) gegenüber der zweiten vertikalen Modulation phasenverschoben.
Bevorzugt ist die zweite vertikale Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV2 ) gleich der zweiten horizontalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWH2 ). Wie zuvor sind bevorzugt die zweite vertikale Stromkomponente mit einem zweiten vertikalen Strompuls mit einer zweiten Pulsdauer gepulst und die erste horizontale Stromkomponente mit einem zweiten horizontalen Strompuls mit der zweiten Pulsdauer gepulst.
Bevorzugt ist wieder der zweite vertikale Strompuls gegenüber dem zweiten horizontalen Strompuls um +/- π/2 der Periode der zweiten vertikalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV2 ) phasenverschoben. Bevorzugt besitzt die zweite zeitliche Pulsdauer eine zweite Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz von π/4 oder π/2 (Hadamar-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) der Rabi-Oszillation des zweiten Quantenpunkts (NV2) und/oder eine zweite Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Rabi-Oszillation des zweiten Quantenpunkts (NV2).
Austauschoperation zwischen einem ersten Quantenpunkt eines ersten Quantenbits eines Quantenregisters und einem zweiten Quantenpunkt eines zweiten Quantenbits eines Quantenregisters.
Nicht selektives NV1 NV2 Quantenbit-Kopplungsverfahren
Im Folgenden dieses Abschnitts wird ein Verfahren zur Ansteuerung des Paares aus einem ersten Quantenbit (QUB1) und einem zweiten Quantenbit (QUB2) eines Quantenregisters (QUREG) dieses Quantenregisters (QUREG), wie es zuvor beschrieben wurde, dargestellt. Das vorgeschlagene Verfahren umfasst bevorzugt ein zumindest zeitweises Bestromen der ersten horizontalen Leitung (LH1) des Quantenregisters (QUREG) mit einer ersten horizontalen Stromkomponente des ersten horizontalen Stromes (IH1), die mit einer ersten horizontalen Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWHEE1 ) mit einer ersten horizontalen Modulation moduliert ist. Hier wird zur Vereinfachung der Beschreibung wieder beispielhaft angenommen, dass die beispielhaften n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) mit ihren n Quantenpunkten (NV1 bis NVn) wieder längs der ersten horizontalen Leitung (LH1) angeordnet sind und dass jedes der n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) über eine der n vertikalen Leitungen (LV1 bis LVn) verfügt. Diese beispielhafte Anordnung dient hier nur der Verdeutlichung. Andere Anordnungen und Verschaltungen der horizontalen Leitungen und vertikalen Leitungen sind ausdrücklich möglich und von der Beanspruchung ausdrücklich umfasst. Des Weiteren umfasst das Verfahren bevorzugt das zumindest zeitweise Bestromen der ersten vertikalen Leitung (LV1) des Quantenregisters (QUREG) mit einer ersten vertikalen Stromstromkomponente des ersten vertikalen Stromes (IV1), die mit einer ersten vertikalen Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWVEE1 ) mit einer ersten vertikalen Modulation moduliert ist, und das zumindest zeitweise Bestromen der zweiten horizontalen Leitung (LH2) des Quantenregisters (QUREG) mit einer zweiten horizontalen Stromkomponente des zweiten horizontalen Stromes (IH2), die mit der ersten horizontalen Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWHEE1 ) mit der zweiten horizontalen Modulation moduliert ist. Außerdem umfasst das beispielhafte Verfahren das zumindest zeitweise Bestromen der zweiten vertikalen Leitung (LV2) des Quantenregisters (QUREG) mit einer zweiten vertikalen Stromstromkomponente des zweiten vertikalen Stromes (IV2), die mit der ersten vertikalen Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWVEE1 ) mit der zweiten vertikalen Modulation moduliert ist. Bevorzugt ist, wie bereits erwähnt, beispielsweise die zweite horizontale Leitung (LH2) gleich der ersten horizontalen Leitung (LH1). Der zweite horizontale Strom (IH2) ist dann natürlich gleich dem ersten horizontalen Strom (IH1). Der zweite horizontale Strom (IH2) ist dann konsequenter Weise mit der Einspeisung des ersten horizontalen Stromes (IH1) bereits eingespeist.
In dem hier vorgestellten Beispiel wird beispielhaft angenommen, dass die n-2 anderen horizontalen Leitungen (LH3 bis LHn) des Quantenregisters (QUREG) mit n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) sequenziell miteinander verbunden sind, um eine gemeinsame erste horizontale Leitung (LH1) zu bilden und zu nutzen. Wie zuvor werden hier nur das erste Quantenbit (QUB1) und das zweite Quantenbit (QUB2) stellvertretend für andere Quantenbitpaarungen betrachtet. Die Beanspruchung umfasst ausdrücklich auch andere funktionstüchtige Paarungen. Ist der Abstand zweier verschiedener Quantenbits (QUBj, QUBi mit i≠j) zu groß, ist eine Kopplung dieser zwei verschiedenen Quantenbits (QUBj, QUBi mit i≠j) nicht möglich.
Natürlich kann eine Aufreihung der Quantenbits auch alternativ und/oder teilweise gleichzeitig längs der vertikalen Leitungen erfolgen. In einem solchen Fall wäre dann die zweite vertikale Leitung (LV2) gleich der ersten vertikalen Leitung (LV2). Der zweite vertikale Strom (IV2) wäre dann gleich dem ersten vertikalen Strom (IV1) und der zweite vertikale Strom (IV2) wäre dann mit der Einspeisung des ersten vertikalen Stromes (IV1) bereits eingespeist.
Besonders bevorzugt sind die erste horizontale Modulation um +/- π/2 der Periode der ersten horizontalen Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWHEE1 ) gegenüber der ersten vertikalen Modulation phasenverschoben und/oder die zweite horizontale Modulation um +/- π/2 der Periode der zweiten horizontalen Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWHEE2 ) gegenüber der zweiten vertikalen Modulation phasenverschoben.
Bevorzugt erfolgt zumindest zeitweise ein zusätzliches Bestromen der ersten horizontalen Leitung (LH1) mit einer ersten horizontalen Gleichstromkomponente (IHG1) des ersten horizontalen Stromes (IH1), wobei die erste horizontale Gleichstromkomponente (IHG1) einen ersten horizontalen Stromwert besitzt. Die erste horizontale Gleichstromkomponente (IHG1) kann dabei einen ersten horizontalen Stromwert von 0A aufweisen. Ein solcher Gleichstromoffset kann zur Änderung der zweiten horizontalen Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWHEE2 ) und der ersten Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWH1 ) und zur Verstimmung dieser Resonanzfrequenzen gegenüber den anderen Resonanzfrequenzen der vorgeschlagenen Vorrichtung genutzt werden. Diese zusätzlichen Gleichstromkomponenten in den horizontalen und vertikalen Leitungen stellen somit das entscheidende Mittel zur Adressierung der einzelnen Quantenbits und/oder Quantenteilregister innerhalb eines größeren Quantenregisters und zur Unterdrückung einer Beeinflussung der anderen Quantenbits und/oder Quantenteilregister des größeren Quantenregisters dar. Unter einem Quantenteilregister wird hier eine Teilmenge der Quantenbits eines größeren Quantenregisters verstanden, die untereinander zumindest wieder ein Quantenregister bilden. So verfügt ein Quantenregister mit drei Quantenbits, wenn alle diese drei Quantenbits miteinander gekoppelt werden können über zumindest drei Quantenteilregister.
Das vorgeschlagene Verfahren umfasst des Weiteren bevorzugt das zumindest zeitweise zusätzliche Bestromen der ersten vertikalen Leitung (LV1) mit einer ersten vertikalen Gleichstromkomponente (IVG1) des ersten vertikalen Stromes (IV1). Die erste vertikale Gleichstromkomponente (IVG1) besitzt in Analogie zum vorherbeschriebenen einen ersten vertikalen Stromwert. Die erste vertikale Gleichstromkomponente (IVG1) kann dabei einen ersten vertikalen Stromwert von 0A aufweisen.
Das vorgeschlagene Verfahren umfasst des Weiteren bevorzugt das zumindest zeitweise zusätzliche Bestromen der zweiten horizontalen Leitung (LH2) mit einer zweiten horizontalen Gleichstromkomponente (IHG2) des zweiten horizontalen Stromes (IH2), wobei die zweite horizontale Gleichstromkomponente (IHG2) einen zweiten horizontalen Stromwert besitzt und wobei die zweite horizontale Gleichstromkomponente (IHG2) einen zweiten horizontalen Stromwert von 0A aufweisen kann.
Das vorgeschlagene Verfahren umfasst des Weiteren bevorzugt das zumindest zeitweise zusätzliche Bestromen der zweiten vertikalen Leitung (LV2) mit einer zweiten vertikalen Gleichstromkomponente (IVG2) des zweiten vertikalen Stromes (IV2), wobei die zweite vertikale Gleichstromkomponente (IVG2) einen zweiten vertikalen Stromwert besitzt und wobei die zweite vertikale Gleichstromkomponente (IVG2) einen ersten vertikalen Stromwert von 0A aufweisen kann.
Bevorzugt sind dabei der erste horizontale Stromwert gleich dem zweiten horizontalen Stromwert und/oder der erste vertikale Stromwert gleich dem zweiten vertikalen Stromwert.
Bevorzugt ist die erste vertikale Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV1 ) gleich der ersten horizontalen Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWHEE1 ).
Bevorzugt sind die erste vertikale Stromkomponente mit einem ersten vertikalen Strompuls mit einer ersten Pulsdauer gepulst ist und/oder die erste horizontale Stromkomponente mit einem ersten horizontalen Strompuls mit der ersten Pulsdauer gepulst.
Typischerweise sind die zweite vertikale Stromkomponente mit einem zweiten vertikalen Strompuls mit einer zweiten Pulsdauer gepulst und/oder die zweite horizontale Stromkomponente mit einem zweiten horizontalen Strompuls mit der zweiten Pulsdauer gepulst.
Typischerweise sind in analoger Weise die erste vertikale Stromkomponente mit einem ersten vertikalen Strompuls mit einer ersten Pulsdauer gepulst und die erste horizontale Stromkomponente mit einem ersten horizontalen Strompuls mit der ersten Pulsdauer gepulst.
Bevorzugt sind die zweite vertikale Stromkomponente mit einem zweiten vertikalen Strompuls mit einer zweiten Pulsdauer gepulst und/oder die zweite horizontale Stromkomponente mit einem zweiten horizontalen Strompuls mit der zweiten Pulsdauer gepulst.
Bevorzugt sind der erste vertikale Strompuls gegenüber dem ersten horizontalen Strompuls um +/π/2 der Periode der ersten Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWHEE1 ) phasenverschoben und/oder der zweite vertikale Strompuls gegenüber dem zweiten horizontalen Strompuls um +/- π/2 der Periode der zweiten Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWHEE2 ) phasenverschoben.
Bevorzugt besitzt die erste zeitliche Pulsdauer eine erste Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) der Rabi-Oszillation des Quantenpunktpaares aus dem ersten Quantenpunkt (NV1) und dem zweiten Quantenpunkt (NV2) und/oder eine erste Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Rabi-Oszillation des Quantenpunktpaares aus dem ersten Quantenpunkt (NV1) und dem zweiten Quantenpunkt (NV2).
Bevorzugt besitzt die zweite zeitliche Pulsdauer eine zweite Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (not-Gate)der Rabi-Oszillation des Quantenpunktpaares aus dem ersten Quantenpunkt (NV1) und dem zweiten Quantenpunkt (NV2) und/oder die zweite zeitliche Pulsdauer eine zweite Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Rabi-Oszillation des Quantenpunktpaares aus dem ersten Quantenpunkt (NV1) und dem zweiten Quantenpunkt (NV2).
Bevorzugt ist die erste zeitliche Pulsdauer gleich der zweiten zeitlichen Pulsdauer.
Selektives Quantenbit-Kopplungsverfahren für einen ersten Quantenpunkt und einen zweiten Quantenpunkt
Es wird nun eine Modifikation des Verfahrens zur Ansteuerung des Paares aus einem ersten Quantenbit (QUB1) und einem zweiten Quantenbit (QUB2) eines Quantenregisters (QUREG) beschrieben. Dabei ist die Ansteuerung selektiv gegenüber weiteren Quantenbits (QUBj) dieses Quantenregisters (QUREG). Das Verfahren umfasst die zusätzlichen Schritte des zumindest zeitweise zusätzlichen Bestromens der ersten horizontalen Leitung (LH1) mit einer ersten horizontalen Gleichstromkomponente (IHG1) des ersten horizontalen Stromes (IH1), wobei die erste horizontale Gleichstromkomponente (IHG1) einen ersten horizontalen Stromwert besitzt und wobei die erste horizontale Gleichstromkomponente (IHG1) einen ersten horizontalen Stromwert von 0A aufweisen kann, und des zumindest zeitweisen zusätzlichen Bestromens der ersten vertikalen Leitung (LV1) mit einer ersten vertikalen Gleichstromkomponente (IVG1) des ersten vertikalen Stromes (IV1), wobei die erste vertikale Gleichstromkomponente (IVG1) einen ersten vertikalen Stromwert besitzt und wobei die erste vertikale Gleichstromkomponente (IVG1) einen ersten vertikalen Stromwert von 0A aufweisen kann. Des Weiteren umfasst die vorgeschlagene Verfahrensmodifikation das zumindest zeitweise zusätzliche Bestromen der zweiten horizontalen Leitung (LH2) mit einer zweiten horizontalen Gleichstromkomponente (IHG2) des zweiten horizontalen Stromes (IH2), wobei die zweite horizontale Gleichstromkomponente (IHG2) einen zweiten horizontalen Stromwert besitzt und wobei die zweite horizontale Gleichstromkomponente (IHG2) einen zweiten horizontalen Stromwert von 0A aufweisen kann. Außerdem umfasst die Verfahrenserweiterung bevorzugt das zumindest zeitweise zusätzliche Bestromen der zweiten vertikalen Leitung (LV2) mit einer zweiten vertikalen Gleichstromkomponente (IVG2) des zweiten vertikalen Stromes (IV2), wobei die zweite vertikale Gleichstromkomponente (IVG2) einen zweiten vertikalen Stromwert besitzt und wobei die zweite vertikale Gleichstromkomponente (IVG2) einen ersten vertikalen Stromwert von 0A aufweisen kann. Ebenso umfasst die vorgeschlagene Verfahrenserweiterung ein zumindest zeitweises zusätzliches Bestromen der j-ten horizontalen Leitung (LHj) eines ggf. vorhandenen weiteren j-ten Quantenbits (QUBj) des Quantenregisters (QUREG) mit einer j-ten horizontalen Gleichstromkomponente (IHGj), wobei die j-te horizontale Gleichstromkomponente (IHGj) einen j-ten horizontalen Stromwert besitzt. Schließlich umfasst die vorgeschlagene Verfahrensvariante bevorzugt ein zumindest zeitweises zusätzliches Bestromen der j-ten vertikalen Leitung (LVj) eines ggf. vorhandenen weiteren j-ten Quantenbits (QUBj) des Quantenregisters (QUREG) mit einer j-ten vertikalen Gleichstromkomponente (IVGj), wobei die j-te vertikale Gleichstromkomponente (IHGj) einen j-ten vertikalen Stromwert besitzt.
Bevorzugt sind dabei der erste vertikale Stromwert von dem j-ten vertikalen Stromwert verschieden und/oder der zweite vertikale Stromwert von dem j-ten vertikalen Stromwert verschieden und/oder der erste horizontale Stromwert von dem j-ten horizontalen Stromwert verschieden und/oder der zweite horizontale Stromwert von dem j-ten horizontalen Stromwert verschieden. Hierdurch werden die Resonanzfrequenzen gegeneinander verstimmt, was eine gezielte Adressierung eines Quantenpunkts und/oder eines Quantenteilregisters des Quantenregisters ermöglicht.
Verfahren zur allgemeinen Verschränkung zweier Quantenpunkte
Hier wird nun ein Verfahren zur Verschränkung der Quanteninformation eines ersten Quantenpunkts (NV1), insbesondere des Spins seiner ersten Elektronenkonfiguration, eines ersten Quantenbits (QUB1) eines Quantenregisters (QUREG) eines Inhomogenen Quantenregisters (IQUREG) mit der Quanteninformation eines zweiten Quantenpunkts (NV2), insbesondere des zweiten Spins der zweiten Elektronenkonfiguration des zweiten Quantenpunkts (NV2), eines zweiten Quantenbits (QUB2) dieses Quantenregisters (QUREG) bzw. dieses inhomogenen Quantenregisters (IQUREG), im Folgenden als Elektron-Elektron-ENTENGLEMENT-Operation bezeichnet, beschrieben.
In diesem Beispiel werden willkürlich der erste Quantenpunkt (NV1) eines ersten Quantenbits (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) und der zweite Quantenpunkt (NV1) eines zweiten Quantenbits (QUB2) des Quantenregisters (QUREG) zur Verdeutlichung gewählt. Die Beanspruchung bezieht sich aber auf alle koppelbaren Paare oder n-Tupeln aus zwei oder mehreren Quantenpunkten von zwei oder mehreren Quantenbits des Quantenregisters.
Das Verfahren zur Verschränkung der Quanteninformation eines ersten Quantenpunkts (NV1) mit der der Quanteninformation eines zweiten Quantenpunkts (NV2) umfasst typischerweise ein Verfahren zum Zurücksetzen des Elektron-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) bzw. des inhomogenen Quantenregisters (IQUREG), um das erste Quantenbit und das zweite Quantenbit in einen definierten Zustand zu bringen. Nach dieser Initialisierung wird typischer Weise ein Hadamard-Gate als Schritt für das Quantenteilregister aus dem ersten Quantenbit und dem zweiten Quantenbit ausgeführt. Anschließend wird bevorzugt ein CNOT-Gate für dieses Quantenteilregister ausgeführt. Stattdessen kann theoretisch auch ein anderes Verfahren zur Verschränkung der Quanteninformation des ersten Quantenpunkts (NV1), insbesondere des ersten Spins der ersten Elektronenkonfiguration des ersten Quantenpunkts (NV1), des ersten Quantenbits (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) bzw. des inhomogenen Quantenregisters (IQUREG) mit der Quanteninformation eines zweiten Quantenpunkts (NV2), insbesondere des zweiten Spins der zweiten Elektronenkonfiguration dieses zweiten Quantenpunkts (NV2), eines zweiten Quantenbits (QUB2) dieses Elektron-Elektron-Quantenregisters (QUREG) bzw. dieses inhomogenen Quantenregisters (IQUREG) durchgeführt werden. Beispielsweise ist es denkbar, hierzu andere Quantenpunkte, beispielsweise in einem Quantenbus (QUBUS) zu nutzen.
Elektron-Kern-Austausch-Operation
Kern-Elektron-CNOT-Operation
Im Folgenden Abschnitt beschreiben wir eine Kern-Elektron-CNOT-Operation zur Änderung der der Quanteninformation eines Quantenpunkts (NV), insbesondere dessen Elektrons bzw. dessen Elektronenkonfiguration, eines Quantenbits (QUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) in Abhängigkeit von der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines Kernquantenbits (CQUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG), im Folgenden Kern- Elektron-CNOT-Operation genannt. Wie bei den zuvor beschriebenen selektiven Ansteuerverfahren zur Ansteuerung eines einzelnen Quantenbits eines Quantenregisters ohne wesentliche Beeinträchtigung der anderen Quantenbits des betreffenden Quantenregisters werden wieder die horizontale und die vertikale Leitung zur Ansteuerung genutzt. Die Kern-Elektron-CNOT-Operation umfasst daher den Schritt des Einspeisens einer horizontalen Stromkomponente des horizontalen Stromes (IH) in die horizontale Leitung (LH) des Quantenbits (QUB), wobei die horizontale Stromkomponente eine horizontale Modulation mit der Kern-Elektron-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE ) aufweist, und das Einspeisen einer vertikalen Stromkomponente des vertikalen Stromes (IV) in die vertikale Leitung (LV) des Quantenbits (QUB), wobei die vertikale Stromkomponente eine vertikale Modulation mit der Kern-Elektron-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE ) aufweist.
Bevorzugt ist wieder zur Erzeugung eines bevorzugten links- oder rechts polarisierten elektromagnetischen Feldes die vertikale Modulation gegenüber der horizontalen Modulation um +/π/2 der Periode der Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE ) verschoben.
Bevorzugt sind die erste vertikale Stromkomponente mit einem ersten vertikalen Strompuls mit einer ersten Pulsdauer gepulst und/oder die erste horizontale Stromkomponente mit einem ersten horizontalen Strompuls mit der ersten Pulsdauer gepulst.
Bevorzugt ist wieder zur Erzeugung eines bevorzugten links- oder rechts polarisierten elektromagnetischen Feldes der erste vertikale Strompuls gegenüber dem horizontalen Strompuls um +/- π/2 der Periode der Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE ) phasenverschoben.
Bevorzugt besitzt die erste zeitliche Pulsdauer eine erste Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) π oder 3π/4 oder π (Not-Gate) der Rabi-Oszillation des Quantenpaares aus dem Quantenpunkt (NV1) Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) und dem Kernquantenpunkt (CQUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) und/oder eine erste Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Rabi-Oszillation des Quantenpaares aus dem Quantenpunkt (NV1) Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) und dem Kernquantenpunkt (CQUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG).
Elektron-Kern-CNOT-Operation
Im Folgenden wird eine Elektron-Kern-CNOT-Operation zur Änderung der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines Kernquantenbits (CQUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) in Abhängigkeit von der Quanteninformation eines Quantenpunkts (NV), insbesondere dessen Elektrons bzw. dessen Elektronenkonfiguration, eines Quantenbits (QUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG), im Folgenden Elektron-Kern-CNOT-Operation genannt, beschrieben. Die Elektron-Kern-CNOT-Operation umfasst den Schritt des Einspeisens einer horizontalen Stromkomponente des horizontalen Stromes (IH) in die horizontale Leitung (LH) des Quantenbits (QUB), wobei die horizontale Stromkomponente eine horizontale Modulation mit der Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (F_RWEC ) aufweist, und des Einspeisens einer Stromkomponente des vertikalen Stromes (IV) in die vertikale Leitung (LV) des Quantenbits (QUB), wobei die vertikale Stromkomponente eine vertikale Modulation mit der Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (F_RWEC ) aufweist.
Zur Erzeugung eines links oder rechts zirkular polarisierten elektromagnetischen Feldes ist die vertikale Modulation gegenüber der horizontalen Modulation um +/- π/2 bezogen auf die Periodendauer der Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (F_RWEC ) verschoben.
Bevorzugt sind die vertikale Stromkomponente mit einem vertikalen Strompuls mit einer Pulsdauer gepulst und die horizontale Stromkomponente mit einem horizontalen Strompuls mit der Pulsdauer gepulst.
Zur Erzeugung eines links oder rechts zirkular polarisierten elektromagnetischen Feldes ist der vertikale Strompuls bevorzugt gegenüber dem horizontalen Strompuls um +/- π/2 der Periode der Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (F_RWEC ) phasenverschoben.
Bevorzugt besitzt die erste zeitliche Pulsdauer eine erste Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz von π/4 oder π/2 (Hadamard) oder 3π/4 oder π (Not-gate) der Rabi-Oszillation des Quantenpaares aus dem Quantenpunkt (NV1) Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) und dem Kernquantenpunkt (CQUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) und/oder eine erste Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Rabi-Oszillation des Quantenpaares aus dem Quantenpunkt (NV1) Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) und dem Kernquantenpunkt (CQUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG).
Elektron-Kern-Austausch-Operation
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Verschränkung der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines Kernquantenbits (CQUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 90 mit der Quanteninformation eines Quantenpunkts (NV), insbesondere dessen Elektrons, eines Quantenbits (QUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG), im Folgenden Elektron-Kern-Austausch-Operation genannt, beschrieben. Dieses Verfahren weist dabei den Schritt des Durchführens einer Elektron-Kern-CNOT-Operation und den unmittelbar oder nicht unmittelbar anschließenden Schritt des Durchführens einer Kern-Elektron-CNOT-Operation den unmittelbar oder nicht unmittelbar anschließenden Schritt des Durchführens einer Elektron-Kern-CNOT-Operation auf.
Alternatives Verfahren zum Spin-Austausch zwischen Kern und Elektron
Im Folgenden ist ein alternatives Verfahren zur Verschränkung der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines Kernquantenbits (CQUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) mit der Quanteninformation eines Quantenpunkts (NV), insbesondere dessen Elektrons bzw. dessen Elektronenkonfiguration, eines Quantenbits (QUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG), im Folgenden Elektron-Kern-Austausch-Delay-Operation genannt, beschrieben. Das Verfahren umfasst den Schritt des Änderns der Quanteninformation des Quantenpunkts (NV), insbesondere der Quanteninformation des Spins-Zustands des Elektrons bzw. der Elektronenkonfiguration des Quantenpunkts(NV) und das anschließende Abwarten einer Kernspinrelaxationszeit τ_K. Hierbei wird ausgenutzt, dass der Spin der Elektronenkonfiguration bzw. des Elektrons mit dem Spin des Kerns wechselwirkt. Durch Abstrahlung und Präzision kippt der Kern in Abhängigkeit vom Spin der Elektronenkonfiguration in den neuen Zustand innerhalb der besagten Kernspinrelaxationszeit τ_K.
Verfahren zur allgemeinen Verschränkung eines Kerns und eines Elektrons (Kern-Elektron-Entanglement)
Ein vorgeschlagenes Verfahren zur Verschränkung der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines Kernquantenbits (CQUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) mit der Quanteninformation eines Quantenpunkts (NV), insbesondere dessen des Spins der Elektronenkonfiguration des Quantenpunkts (NV), eines Quantenbits (QUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG), im Folgenden als Kern-Elektron-ENTENGLEMENT-Operation bezeichnet, ist dadurch gekennzeichnet, dass es ein Verfahren zum Zurücksetzen eines Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) umfasst und dass es ein Verfahren zum Ausführen eines Hadamard-Gates umfasst. Des Weiteren umfasst das Verfahren ein Verfahren zum Ausführen eines CNOT-Gates. Alternativ kann das Verfahren auch ein anderes Verfahren zur Verschränkung der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines Kernquantenbits (CQUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG), insbesondere dessen des Spins der Elektronenkonfiguration oder des Elektrons eines Quantenpunkts (NV), eines Quantenbits (QUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) umfassen.
Allgemeines Quanteninformationsaustauschverfahren zwischen Kern und Elektron
Von besonderer Wichtigkeit ist ein Verfahren zur Vertauschung der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines Kernquantenbits (CQUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) mit der Quanteninformation eines Quantenpunkts (NV), insbesondere dessen Elektrons bzw. dessen Elektronenkonfiguration, eines Quantenbits (QUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG), im Folgenden als Kern-Elektron-Austausch-Operation bezeichnet. Eine solche Kern-Elektron-Austausch-Operation im Sinne dieser Schrift ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Elektron-Kern-Austausch-Delay-Operation ist oder dass sie eine Elektron-Kern-Austausch-Operation ist oder dass sie ein anderes Verfahren zur Verschränkung der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines Kernquantenbits (CQUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) mit der Quanteninformation eines Quantenpunkts (NV), insbesondere dessen Elektrons, eines Quantenbits (QUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) ist.
Elektron- Kern-Quantenregister-Radiowellenansteuerverfahren
Hier wird nun ein Verfahren zur Änderung der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines Kernquantenbits (CQUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) in Abhängigkeit von der Quanteninformation eines Quantenpunkts (NV), insbesondere dessen Elektrons bzw. dessen Elektronenkonfiguration, eines Quantenbits (QUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) beschrieben. Das Verfahren umfasst bevorzugt die Schritte des Bestromens der horizontalen Leitung (LH) des Quantenbits (QUB) mit einem horizontalen Strom (IH) mit einer horizontalen Stromkomponente, die mit einer Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (F_RWEC ) mit einer horizontalen Modulation moduliert ist und des Bestromens der vertikalen Leitung (LV) des Quantenbits (QUB) mit einem vertikalen Strom (IV) mit einer vertikalen Stromkomponente, die mit der Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (F_RWEC ) mit einer vertikalen Modulation moduliert ist. Wie zuvor werden also wieder die horizontale Leitung und die vertikale Leitung für die Ansteuerung des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) benutzt. Durch die Wahl des Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (F_RWEC ) wird das richtige Kern-Elektron-Quantenregisters(CEQUREG) ausgewählt, wenn die Kombination aus der jeweiligen horizontalen Leitung und der jeweiligen vertikalen Leitung mehrere Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) ansteuern kann. Da die Kern-Quantenpunkte (Cl) in der Realität unterschiedliche Abstände zum Quantenpunkt (NV) aufweisen, unterscheiden sich die Kopplungsstärken zwischen Quantenpunkt (NV) und Kernquantenpunkt (Cl) von Kernquantenpunkt zu Kernquantenpunkt. Somit unterscheiden sich auch die Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenzen (F_RWEC ) von Paar zu Paar dieser Paarungen aus Quantenpunkt (NV) und Kernquantenpunkt (Cl) bei mehreren Paaren aus Quantenpunkt (NV) und Kernquantenpunkt (CI), die durch die horizontale Leitung und die vertikale Leitung adressiert werden können.
Um wieder ein links oder rechts polarisiertes elektromagnetisches Feld zu erzeugen, ist es wieder vorteilhaft, wenn die horizontale Modulation der horizontalen Stromkomponente um +/-π/2 der Periode der Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (F_RWEC ) gegenüber der vertikalen Modulation der vertikalen Stromkomponente zeitlich phasenverschoben ist.
Bevorzugt ist auch hier die vertikale Stromkomponente mit einem vertikalen Strompuls und/oder die horizontale Stromkomponente mit einem horizontalen Strompuls gepulst.
Bevorzugt ist der zweite vertikale Strompuls gegenüber dem zweiten horizontalen Strompuls um +/π/2 der Periode der Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (F_RWEC ) phasenverschoben.
Bevorzugt besitzt die zeitliche Pulsdauer τ_RCE des horizontalen Strompulses und des vertikalen Strompulses die Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (NOT-Gate) der Periodendauer der Rabi-Oszillation des Systems aus dem Quantenpunkt (NV) des Quantenbits (QUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) und dem Kernquantenpunkt (Cl) des Kernquantenbits (CQUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) und/oder die zeitliche Pulsdauer τ_RCE des horizontalen Strompulses und des vertikalen Strompulses die Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Periodendauer der Rabi-Oszillation des Systems aus dem Quantenpunkt (NV) des Quantenbits (QUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) und dem Kernquantenpunkt (Cl) des Kernquantenbits (CQUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG).
Kern-Elektron-Quantenregister-Mikrowellenansteuerverfahren
Im Gegensatz zum unmittelbar zuvor beschriebenen Verfahren wird hier nun ein Verfahren für die umgekehrte Beeinflussungsrichtung beschrieben. Es handelt sich somit um ein Verfahren zur Änderung der Quanteninformation eines Quantenpunkts (NV), insbesondere dessen Elektrons bzw. dessen Elektronenkonfiguration, eines Quantenbits (QUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) in Abhängigkeit von der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines Kernquantenbits (CQUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG). Das hier vorgestellte Verfahren umfasst insbesondere bevorzugt die Schritte des Bestromens der horizontalen Leitung (LH) des Quantenbits (QUB) mit einem horizontalen Strom (IH) mit einer horizontalen Stromkomponente, die mit einer Kern-Elektron-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE ) mit einer horizontalen Modulation moduliert ist und des Bestromens der vertikalen Leitung (LV) des Quantenbits (QUB) mit einem vertikalen Strom (IV) mit einer vertikalen Stromkomponente, die mit der Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE ) mit einer vertikalen Modulation moduliert ist.
Um wieder ein links oder rechts zirkular polarisiertes elektromagnetisches Feld zu erzeugen, ist wieder bevorzugt die horizontale Modulation der horizontalen Stromkomponente um +/-π/2 der Periode der Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE ) gegenüber der vertikalen Modulation der vertikalen Stromkomponente zeitlich phasenverschoben.
Bevorzugt sind die vertikale Stromkomponente mit einem vertikalen Strompuls gepulst und die horizontale Stromkomponente mit einem horizontalen Strompuls gepulst.
Bevorzugt ist wieder der zweite vertikale Strompuls gegenüber dem zweiten horizontalen Strompuls um +/- π/2 der Periode der Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE ) phasenverschoben.
Bevorzugt besitzt wieder die zeitliche Pulsdauer τ_CE des horizontalen Strompulses und des vertikalen Strompulses die Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder π oder 3π/4 oder π (Not-Gate) der Periodendauer der Rabi-Oszillation des Quantenpaars aus dem Quantenpunkt (NV) des Quantenbits (QUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) und dem Kernquantenpunkt (Cl) des Kernquantenbits (CQUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) und/oder die zeitliche Pulsdauer τ_CE des horizontalen Strompulses und des vertikalen Strompulses die Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Periodendauer der Rabi-Oszillation des Quantenpaars aus dem Quantenpunkt (NV) des Quantenbits (QUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) und dem Kernquantenpunkt (Cl) des Kernquantenbits (CQUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG).
Kern-Kern-Quantenregister-Radiowellenansteuerverfahren
Nun wird ein Verfahren zur Änderung der Quanteninformation eines ersten Kernquantenpunkts (Cl1), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines ersten Kernquantenbits (CQUB) eines Kern-Kern-Quantenregisters (CCQUREG) in Abhängigkeit von der Quanteninformation eines zweiten Kernquantenpunkts (CI2), insbesondere des Kernspins des zweiten Kernquantenpunks (Ci2), eines zweiten Kernquantenbits (CQUB2) dieses Kern-Kern-Quantenregisters (CCQUREG) betrachtet. Das Verfahren umfasst wiederum die Schritte des Bestromens der ersten horizontalen Leitung (LH1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) mit einer ersten horizontalen Stromkomponente (IH1), die mit einer ersten Kern-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (F_RWECC) mit einer horizontalen Modulation moduliert ist, und des Bestromens der ersten vertikalen Leitung (LV1) Kernquantenbits (CQUB1) mit einer ersten vertikalen Stromkomponente (IV1), die mit der ersten Kern-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (F_RWECC) mit einer vertikalen Modulation moduliert ist.
Bevorzugt ist wieder horizontale Modulation um +/-π/2 der Periode der ersten Kern-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (F_RWECC) gegenüber der vertikalen Modulation zeitlich phasenverschoben, um wieder, wie bereits in anderen zuvor beschriebenen Fällen, wieder ein links- oder rechts zirkular polarisiertes elektromagnetisches Feld zu erzeugen.
Bevorzugt sind die horizontale Stromkomponente zumindest zeitweise mit einem horizontalen Strompulsanteil und die vertikale Stromkomponente zumindest zeitweise mit einem vertikalen Strompulsanteil gepulst.
Bevorzugt ist der zweite vertikale Strompuls gegenüber dem zweiten horizontalen Strompuls um +/π/2 der Periode der ersten Kern-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (F_RWECC) phasenverschoben ist.
Bevorzugt besitzt die zeitliche Pulsdauer τ_RCC des horizontalen und vertikalen Strompulsanteils die Dauer entsprechend einer Phasendifferenz von π/4 oder π/2 oder π (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) der Periodendauer Rabi-Oszillation des Quantenpaares aus erstem Kernquantenpunkt (CI1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) und aus dem zweiten Kernquantenpunkt(CI2) des zweiten Kernquantenbits (CQUB2) und/oder die zeitliche Pulsdauer τ_RCC des horizontalen und vertikalen Strompulsanteils die Dauer entsprechend einer Phasendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Periodendauer Rabi-Oszillation des Quantenpaares aus erstem Kernquantenpunkt (CI1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) und aus dem zweiten Kernquantenpunkt(CI2) des zweiten Kernquantenbits (CQUB2).
Zusammengesetzte Verfahren
Nachdem nun die grundlegenden Verfahren in den vorausgegangenen Abschnitten beschrieben wurden, können nun aus diesen grundlegenden Verfahren komplexere Verfahren zusammengesetzt werden, die auf die vorgeschlagene Vorrichtung angewendet werden können. Erst die Kombination aller dieser Einzelteile und Schritte führt zu einem voll funktionsfähigen System.
Quantenbit Bewertung
Eines der wichtigsten Verfahren dient dem Auslesen des Ergebnisses der Berechnungen der Vorrichtung. Es handelt sich um eine Verfahren zum Bewerten der Quanteninformation, insbesondere des Spin-Zustands, des ersten Quantenpunkts (NV1) eines auszulesenden ersten Quantenbits (QUB1) eines Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG). Hierbei steht wieder das erste Quantenbits (QUB1) stellvertretend für ein beliebiges Quantenbit des Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG).
In einem ersten Schritt wird der Quantenpunkt (NV) des auszulesenden Quantenbits (QUB1) des Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) in einen definierten Startzustand versetzt. Dies erfolgt bevorzugt durch das Bestrahlen des Quantenpunkts (NV1) des auszulesenden Quantenbits (QUB1) des Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) mit „grünem Licht“. Wie bereits erläutert, steht der Begriff „grünes Licht“ hier für Licht, dass im Zusammenwirken mit dem Quantenpunkt (NV) eine bestimmte Funktion realisiert. Im Falle eines NV-Zentrums in Diamant als Substrat (D) handelt es sich somit bevorzugt um Licht mit einer Wellenlänge von bevorzugt 500nm Wellenlänge bis 700nm Wellenlänge. Erfahrungsgemäß ist die Verwendung von Licht von typischerweise 532nm Wellenlänge hier optimal. Je größer der wellenlängenmäßige Abstand von diesem Wellenlängenwert ist, desto schlechter typischerweise die Ergebnisse. Bei der Verwendung anderer Farbzentren und Störstellen, die sich insbesondere auch noch in anderen Materialien befinden können, müssen dann als grünes Licht entsprechende andere Wellenlängen verwendet werden, um dann den funktionalen Effekt des „grünen Lichts“ für diese Farbzentren, Störstellen und Substrate hervorzurufen.
In dem vorgeschlagenen Verfahren erfolgt dann typischerweise ein gleichzeitiges Anlegen einer Spannung zwischen mindestens einer ersten elektrischen Absaugleitung, insbesondere einer als ersten elektrischen Absaugleitung verwendeten Abschirmleitung (SH1, SV1), und einer zweiten elektrischen Absaugleitung, insbesondere einer als zweiten elektrischen Absaugleitung verwendeten, zur verwendeten Abschirmleitung (SH1, SV1) benachbarten, weiteren Abschirmleitung (SH2, SV2). Hierdurch werden Ladungsträger, die bei der Bestrahlung mit „grünem Licht“ erzeugt werden, abgesaugt. Dies setzt voraus, dass die Quantenpunkte durch die Bestrahlung mit grünem Licht in einen ungeladenen Zustand übergehen und diese dann sich wieder durch Einfangen eines Ladungsträgers neu laden. Im Falle eines NV-Zentrums als Quantenpunkt (NV1) bedeutet dies, dass das Fermi-Niveau bevorzugt über dem Niveau des NV-Zentrums in der Bandlücke liegen sollte. Durch die Bestrahlung mit „grünem Licht“ gibt das NV-Zentrum ein Elektron an das Leitungsband ab, wo es durch das von extern über die Kontakte der Absaugleitungen angelegte elektrostatische Feld abgesaugt wird. Da das Fermi-Niveau über dem energetischen Niveau des NV-Zentrums liegt, wird dieses wieder durch die Aufnahme eines Elektrons aus dem Valenzband wieder umgeladen, wodurch es wieder geladen ist. Hierzu sollte der Diamant bevorzugt n-dotiert sein. Daher ist eine n-Dotierung beispielsweise mit Schwefel vorteilhaft. Entscheiden ist, dass dieser Auslesevorgang von dem Quantenzustand abhängt.
Genaueres zu diesem Vorgang findet sich in Petr Siyushev, Milos Nesladek, Emilie Bourgeois, Michal Gulka, Jaroslav Hruby, Takashi Yamamoto, Michael Trupke, Tokuyuki Teraji, Junichi Isoya, Fedor Jelezko, „Photoelectrical imaging and coherent spin-state readout of single nitrogen-vacancy centers in diamond", Science 363, 728-731 (2019) 15 February 2019.
Erst die Kombination der Quantenbit-Konstruktion mit der selektiven Adressierung und des zuvor beschriebenen Read-Outs mit dieser Methode ergibt eine Realisierungsmöglichkeit für einen Quanten-Computer.
Damit das hier vorgeschlagene Verfahren funktioniert, muss sich der auszulesende Quantenpunkt (NV1) des auszulesenden Quantenbits (QUB1) des Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) sich in dem elektrischen Feld zwischen diesen beiden elektrischen Absaugleitungen befinden. Bevorzugt befinden sich die nicht auszulesenden Quantenpunkte (NV2) der übrigen Quantenbits (QUB2) des Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) sich nicht in dem elektrischen Feld zwischen diesen beiden elektrischen Absaugleitungen. Bevorzugt werden die auszulesenden Quantenpunkte (NV1) der jeweils auszulesenden Quantenbits (QUB1) des Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) selektiv angesteuert, wie oben beschrieben.
Mittels des in Petr Siyushev, Milos Nesladek, Emilie Bourgeois, Michal Gulka, Jaroslav Hruby, Takashi Yamamoto, Michael Trupke, Tokuyuki Teraji, Junichi Isoya, Fedor Jelezko, „Photoelectrical imaging and coherent spin-state readout of single nitrogen-vacancy centers in diamond", Science 363, 728-731 (2019) 15 February 2019 beschriebenen Mechanismus werden dann Fotoelektronen mittels eines zwei Photonenprozesses durch den auszulesenden Quantenpunkt (NV1) des auszulesenden Quantenbits (QUB1) des Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) in Abhängigkeit vom Kernspin des Kernquantenpunkts (CI1) des Kernquantenbits (CQUB1), das mit dem auszulesenden Quantenbit (QUB1) ein Kern-Elektron-Quantenregister (CQUREG) bildet, erzeugt. Es folgt dann das Absaugen der ggf. vorhandenen Fotoelektronen des auszulesenden Quantenpunkts (NV1) des auszulesenden Quantenbits (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) über einen Kontakt (KV11, KH11) zwischen der ersten elektrischen Absaugleitung, insbesondere der Abschirmleitung (SH1, SV1), und dem Substrat (D) bzw. der epitaktischen Schicht (DEPI) als Elektronenstrom. In analoger Weise erfolgt das Absaugen der ggf. vorhandenen Löcher des auszulesenden Quantenpunkts (NV1) des auszulesenden Quantenbits (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) über einen Kontakt (KV12, KH22) zwischen der zweiten elektrischen Absaugleitung, insbesondere der weiteren Abschirmleitung (SH2, SV2), und dem Substrat (D) bzw. der epitaktischen Schicht (DEPI) als Löcherstrom. Ob Fotoelektronen oder Fotolöcher verwendet werden, hängt vom Substratmaterial und dem Farbzentrum ab, das als Quantenpunkt verwendet wird. Eine Auswerteschaltung wertet den so erzeugten Fotostrom aus und erzeugt ein Auswertesignal mit einem ersten logischen Wert falls der Gesamtstrom aus Löcherstrom und Elektronenstrom einen Gesamtstrombetrag des Stromwerts unter einem ersten Schwellwert (SW1) aufweist und mit einem zweiten logischen Wert falls der Gesamtstrom aus Löcherstrom und Elektronenstrom einen Gesamtstrombetrag des Stromwerts über dem ersten Schwellwert (SW1) aufweist. Dabei ist natürlich bevorzugt der zweite logische Wert vom ersten logischen Wert verschieden.
Quantencomputer-Ergebnisextraktion
Vereinfacht kann somit ein Verfahren zum Auslesen des Zustands eines Quantenpunkts (NV) eines Quantenbits (QUB) mit den Schritten der Bewertung des Ladungszustands des Quantenpunkts (NV) und der Erzeugung eines Auswertungssignals mit einem ersten logischen Pegel sofern der Quantenpunkt (NV) bei dem Beginn der Bewertung negativ geladen ist, und der Erzeugung eines Auswertungssignals mit einem zweiten logischen Pegel, der vom ersten logischen Pegel verschieden ist, sofern der Quantenpunkt (NV) bei dem Beginn der Bewertung nicht negativ geladen ist, angegeben werden.
Elektron-Elektron-CNOT Operation
Nun geben wir hier eine CNOT-Operation, die eine der wichtigsten Quantencomputer Operationen ist. Es handelt sich hier um ein Verfahren zum Ausführen einer CNOT-Manipulation für ein Quantenregister (QUREG), im Folgenden ELEKTRON-ELEKTRON-CNOT genannt. Dabei soll das Substrat (D) des Quantenregisters (QUREG) dem ersten Quantenbit (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) und dem zweiten Quantenbit (QUB2) des Quantenregisters (QUREG) gemeinsam sein. Der Quantenpunkt (NV) des ersten Quantenbits (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) wird im Folgenden als erster Quantenpunkt (NV1) bezeichnet. Der Quantenpunkt (NV) des zweiten Quantenbits (QUB2) des Quantenregisters (QUREG) wird im Folgenden als der zweite Quantenpunkt (NV2) bezeichnet. Die horizontale Leitung (LH) des ersten Quantenbits (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) wird im Folgenden als erste horizontale Leitung (LH1) bezeichnet. Die horizontale Leitung (LH) des zweiten Quantenbits (QUB2) des Quantenregisters (QUREG) wird im Folgenden als zweite horizontale Leitung (LH2) bezeichnet. Die vertikale Leitung (LV) des ersten Quantenbits (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) wird im Folgenden als erste vertikale Leitung (LV1) bezeichnet. Die vertikale Leitung (LV) des zweiten Quantenbits (QUB2) des Quantenregisters (QUREG) wird im Folgenden als zweite vertikale Leitung (LV2) bezeichnet. Die erste horizontale Leitung (LH1) ist bevorzugt gleich der zweiten horizontalen Leitung (LH2). Dies führt zu einer Topologie des Quantenregisters (QUREG), bei dem die Quantenpunkte (NV1, NV2) längs dieser horizontalen Leitung (LH1) wie auf einer Perlenkette aufgereiht sind, wenn dies für alle Quantenregister (QUREG) einer Vorrichtung mit mehreren Quantenregistern (QUREG) gilt. Dies hat den Vorteil, dass die selektive Ansteuerung einzelner Quantenpunkte dieser Vorrichtung dann einfacher wird. Natürlich ist auch eine Aufreihung in der Vertikalen möglich. Die erste vertikale Leitung (LV1) kann somit auch gleich der zweiten vertikalen Leitung (LH2) sein. Bevorzugt ist dann die erste horizontale Leitung (LH1) nicht gleich der zweiten horizontalen Leitung (LH2) ist.
Wie zuvor umfasst das vorgeschlagene Verfahren dann das Bestromen der ersten horizontalen Leitung (LH1) mit einem ersten horizontalen Stromanteil des ersten horizontalen Stromes (IH1) für eine zeitliche Dauer, die einem ersten Phasenwinkel von φ₁ , insbesondere von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) odereinem ganzzahligen Vielfachen von π/4, der Periodendauer der Rabi-Oszillation des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) entspricht.
Bevorzugt ist dabei der erste horizontale Stromanteil mit einer ersten Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW1 ) mit einer ersten horizontalen Modulation moduliert.
Ebenso bevorzugt erfolgt das Bestromen der ersten vertikalen Leitung (LV1) mit einem ersten vertikalen Stromanteil des ersten vertikalen Stromes (IV1) für eine zeitliche Dauer, die dem ersten Phasenwinkel von φ₁ , insbesondere von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) odereinem ganzzahligen Vielfachen von π/4, der Periodendauer der Rabi-Oszillation des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) entspricht, wobei bevorzugt der erste vertikale Stromanteil mit einer ersten Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW1 ) mit einer ersten vertikalen Modulation moduliert ist.
Bevorzugt erfolgt die Bestromung der ersten horizontalen Leitung (LH1) bis auf besagte Phasenverschiebung zeitlich parallel zur Bestromung der ersten vertikalen Leitung (LV1).
Das Bestromen der ersten horizontalen Leitung (LH1) erfolgt bevorzugt mit einem ersten horizontalen Gleichstrom (IHG1) mit einem ersten horizontalen Stromwert, wobei der erste horizontale Stromwert einen Betrag von 0A haben kann.
Das Bestromen der ersten vertikalen Leitung (LV1) erfolgt bevorzugt mit einem ersten vertikalen Gleichstrom (IVG1) mit einem ersten vertikalen Stromwert, wobei der erste vertikale Stromwert einen Betrag von 0A haben kann.
Das Bestromen der zweiten horizontalen Leitung (LH2) erfolgt bevorzugt mit einem zweien horizontalen Gleichstrom (IHG2) mit dem ersten horizontalen Stromwert, wobei der erste horizontale Stromwert einen Betrag von 0A haben kann.
Das Bestromen der zweiten vertikalen Leitung (LV2) erfolgt bevorzugt mit einem zweiten vertikalen Gleichstrom (IVG2), dessen zweiter vertikaler Stromwert von dem ersten vertikaler Stromwert abweicht. Bevorzugt sin dabei der zweite vertikale Stromwert und der erste vertikale Stromwert so gewählt, dass der Phasenvektor des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) eine Phasendrehung um den ersten Phasenwinkel φ₁ , insbesondere von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) odereinem ganzzahligen Vielfachen von π/4, ausführt, wenn sich der Phasenvektor des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) in einer ersten Position befindet und dass der Phasenvektor des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) keine Phasendrehung um den Phasenwinkel φ₁ , insbesondere von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) odereinem ganzzahligen Vielfachen von π/4, ausführt, wenn sich der Phasenvektor des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) nicht in der ersten Position sondern in einer zweiten Position befindet und dass der Phasenvektor des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) keine oder nur eine unwesentliche Phasendrehung ausführt.
Bevorzugt erfolgt anschließend das Bestromen der zweiten horizontalen Leitung (LH2) mit einem zweiten horizontalen Stromanteil (IHM2) für eine zeitliche Dauer, die einem Phasenwinkel von φ₂ , insbesondere von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) odereinem ganzzahligen Vielfachen von π/4, der Periodendauer der Rabi-Oszillation des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits entspricht, wobei der zweite horizontale Stromanteil (IHM2) mit einer zweiten Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW2 ) mit einer zweiten horizontalen Modulation moduliert ist.
Das Bestromen der zweiten vertikalen Leitung (LV2) erfolgt bevorzugt mit einem zweiten vertikalen Stromanteil (IVM2) für eine zeitliche Dauer, die einem Phasenwinkel von φ₂ , insbesondere von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) odereinem ganzzahligen Vielfachen von π/4, der Periodendauer der Rabi-Oszillation des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits entspricht, wobei der zweite vertikale Stromanteil (IVM2) mit einer zweiten vertikalen Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW2 ) mit einer zweiten vertikalen Modulation moduliert ist und wobei die Bestromung der zweiten horizontalen Leitung (LH2) bis auf die besagte Phasenverschiebung zeitlich parallel zur Bestromung der zweiten vertikalen Leitung (LV2) erfolgt.
Bevorzugt erfolgt das Bestromen der zweiten horizontalen Leitung (LH2) mit einem zweiten horizontalen Gleichstromanteil (IHG2) mit einem zweiten horizontalen Stromwert, wobei der zweite horizontalen Stromwert von 0A sein kann.
Bevorzugt erfolgt das Bestromen der zweiten vertikalen Leitung (LV2) mit einem zweiten vertikalen Gleichstromanteil (IVG2) mit einem zweiten vertikalen Stromwert, wobei der zweite vertikale Stromwert von 0A sein kann.
Bevorzugt erfolgt das Bestromen der ersten horizontalen Leitung (LH1) mit einem ersten horizontalen Gleichstromanteil (IHG1) mit einem ersten horizontalen Stromwert, wobei der erste horizontalen Stromwert von 0A sein kann.
Bevorzugt erfolgt das Bestromen der ersten vertikalen Leitung (LV1) mit einem ersten vertikalen Gleichstromanteil (IVG1) mit einem ersten vertikalen Stromwert, wobei der erste vertikale Stromwert von dem zweiten vertikalen Stromwert abweicht. Hierdurch erst findet eine Adressierung statt.
Bevorzugt wird der erste vertikale Stromwert und der zweite vertikale Stromwert nun so gewählt, dass der Phasenvektor des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) eine Phasendrehung um den Winkel φ₂ , insbesondere von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) oder einem ganzzahligen Vielfachen von π/4, ausführt, wenn sich der Phasenvektor des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) in einer ersten Position befindet und dass der Phasenvektor des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) keine Phasendrehung um den Winkel φ₂ , insbesondere von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) oder einem ganzzahligen Vielfachen von π/4, ausführt, wenn sich der Phasenvektor des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) nicht in der ersten Position sondern in einer zweiten Position befindet und dass der Phasenvektor des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) dann keine Phasendrehung ausführt.
Zur Erzeugzeugung eines links oder rechts polarisierten elektromagnetischen Feldes ist wieder bevorzugt die erste horizontale Modulation um +/- π/2 der Periodendauer der ersten Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW1 ) gegenüber der ersten vertikalen Modulation phasenverschoben und/oder die zweite horizontale Modulation um +/- π/2 der Periode der zweiten Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW2 ) gegenüber der zweiten vertikalen Modulation phasenverschoben.
Quantum-Computing
Im Folgenden wird nun ein einfaches Verfahrensgrundschema zum Durchführen von einfachen Berechnungen beschrieben. Es handelt sich um ein Verfahren zum Betreiben eines Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG). Es umfasst bevorzugt die Schritte des Zurücksetzens der Quantenpunkte (NV) der Quantenbits (QUB1, QUB2) des Kern-Elektron- Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) und des einmaligen oder mehrfachen Manipulierens der Quantenpunkte (NV) der Quantenbits (QUB1, QUB2) des Kern-Elektron- Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) und des Speichern des Manipulationsergebnisses sowie des Zurücksetzen der Quantenpunkte (NV) der Quantenbits (QUB1, QUB2) des Kern-Elektron- Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) und des Zurücklesens der gespeicherten Manipulationsergebnisse sowie des Auslesens des Zustands der Quantenpunkte (NV) der Quantenbits (QUB1, QUB2) des Kern-Elektron- Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG).
Bevorzugt erfolgt das Zurücksetzen der Quantenpunkte (NV) der Quantenbits (QUB1, QUB2) des Kern-Elektron- Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) mittels eines der beschriebenen Quantenbitrücksetzverfahren.
Bevorzugt erfolgt die einmalige oder mehrfache Manipulation der Quantenzustände der der Quantenpunkte (NV) der Quantenbits (QUB1, QUB2) des Kern-Elektron- Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) mittels eines der beschriebenen Quantenbitmanipulationsverfahren.
Bevorzugt erfolgt das Speichern des Manipulationsergebnisses mittels eines der zuvor beschriebenen Verfahren zur Beeinflussung des Quantenzustands eines Kernquantenpunkts in Abhängigkeit vom Quantenzustand eines Quantenpunkts.
Bevorzugt erfolgt das zweite Zurücksetzen der Quantenpunkte (NV) der Quantenbits (QUB1, QUB2) des Kern-Elektron- Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) mittels eines der beschriebenen Quantenbitrücksetzverfahren.
Bevorzugt erfolgt das Zurücklesen der gespeicherten Manipulationsergebnisse mittels eines Verfahrens mittels eines der zuvor beschriebenen Verfahren zur Beeinflussung des Quantenzustands eines Quantenpunkts in Abhängigkeit vom Quantenzustand eines Kernquantenpunkts.
Bevorzugt erfolgt das Auslesen des Zustands der Quantenpunkte (NV) der Quantenbits (QUB1, QUB2) des Quantenregisters (QUREG) und/oder des Quantenpunkts (NV) des Quantenbits (QUB) mittels eines Verfahrens zur Quantenbit-Bewertung und/oder eines Verfahrens zur Quantencomputer-Ergebnisextraktion.
Ein alternatives Verfahren zum Betreiben eines Quantenregisters (QUREG) und/oder eines Quantenbits (QUB) umfasts die Schritte des Zurücksetzen der Quantenpunkte (NV) der Quantenbits (QUB1, QUB2) des Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) mittels eines der beschriebenen Quantenbitrücksetzverfahren und den Schritt des einmaligen oder mehrfachen Manipulierens der Quantenzustände der Quantenpunkte (NV) der Quantenbits (QUB1, QUB2) des Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) mittels eines der beschriebenen Quantenbitmanipulationsverfahren und den Schritt des Speicherns des Manipulationsergebnisses mittels eines der zuvor beschriebenen Verfahren zur Beeinflussung des Quantenzustands eines Kernquantenpunkts in Abhängigkeit vom Quantenzustand eines Quantenpunkts und den Schritt des Zurücksetzens der Quantenpunkte (NV) der Quantenbits (QUB1, QUB2) des Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) mittels eines der beschriebenen Quantenbitrücksetzverfahren sowie das Zurücklesen der gespeicherten Manipulationsergebnisse mittels eines der zuvor beschriebenen Verfahren zur Beeinflussung des Quantenzustands eines Quantenpunkts in Abhängigkeit vom Quantenzustand eines Kernquantenpunkts und das Auslesen des Zustands der der Quantenpunkte (NV) der Quantenbits (QUB1, QUB2) des Quantenregisters (QUREG) und/oder des Quantenpunkts (NV) des Quantenbits (QUB) mittels eines Verfahrens zur Quantenbit-Bewertung und/oder eines Verfahrens zur Quantencomputer-Ergebnisextraktion.
Quantenhardware
Quantenbus
Der nun folgende Abschnitt ist von besonderer Bedeutung. In einem Quantencomputer werden nicht Ladungsträger, sondern Abhängigkeiten transportiert. Das ist insofern ungewöhnlich, als dass hier der absolute Zustand der Quantenbits in vielen Fällen irrelevant ist. Vielmehr spielen nun Abhängigkeiten, also Informationen, die Rolle der Ladungsträger. Für den Transport dieser Ladungsträger bedarf es eines Transportbusses für die Abhängigkeiten der Quanteninformationen untereinander. Dieser Transportbus wird im Folgenden als Quantenbus (QUBUS) bezeichnet und ist das entscheidende Element zur Verknüpfung mehrere Quantenpunkte mehrere Quantenbits untereinander. Über die Quantenpunkte der Quantenbits können dann die diesen Quantenbits zugeordneten Kernquantenpunkte erreicht werden, sodass Abhängigkeiten von einem Kernquantenpunkt über diesen Quantenbus zu einem anderen Kernquantenpunkt transportiert werden können. Dabei wird bevorzugt der Quantenbus als Kette von Quantenpunkten ausgeführt. Es handelt es sich also um ein bevorzugt, aber nicht notwendigerweise um eine streckenweise lineare Kette, die de facto eine Abhängigkeitsleitung darstellt. Die Quantenpunkte dieser Kette bilden ein großes Quantenregister. Es wird hierbei ausgenutzt, dass die Reichweite der Kopplungen der Quantenpunkte, also beispielsweise der NV-Zentren in Diamant untereinander größer ist als die der Kernquantenpunkte mit den Quantenpunkten.
Ein solcher Quantenbus (QUBUS) weist daher bevorzugt n Quantenbits (QUB1 bis QUBn), mit n als ganzer positiver Zahl, auf. Um einen Quantenbus (QUBUS) bilden zu können, muss n≥2 gelten. Beispielhaft nehmen wir an, dass der Quantenbus (QUBUS) ein erstes Kernquantenbit (CQUB1) aufweist und ein n-tes Kernquantenbit (CQUBn) aufweist. Das erste Kernquantenbit (CQUB1) sei dem ersten Quantenbit (QUB1) des Quantenbusses (QUBUS) beispielhaft zugeordnet. Das n-te Kernquantenbit (CQUBn) sei dem n-ten Quantenbit (QUBn) des Quantenbusses (QUBUS) beispielhaft zugeordnet. Dies ist nur ein Beispiel. Jedes Quantenbit der Quantenbits (QUB1 bis QUBn) des Quantenbusses (QUBUS) kann kein oder ein oder mehrere Kernquantenpunkte aufweisen. Genauso gut kann das hier beschriebene Quantenbusbeispiel auch nur einen Teilquantenbus eines größeren Quantenbusses (QUBUS) oder eines Quantenbusnetzwerks (QUNET) darstellen. Wir nehmen daher nur zur Vereinfachung an, dass sich das erste Quantenbit (QUB1) an einem Ende eines beispielhaft linearen verzweigungsfreien Quantenbusses befindet und dass sich an dem anderen Ende dieses beispielhaften Modellquantenbusses sich das n-te Quantenbit (QUBn) befindet. Komplexere Topologien des Quantenbusses sind ausdrücklich möglich und werden von der Beanspruchung mit umfasst. Insofern handelt es sich hier nur um ein Beispiel zur Verdeutlichung des Abhängigkeitstransports über den Quantenbus.
Wir nummerieren zur besseren Klarheit der Beschreibung die n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) längs des eispielhaft als linear angenommenen Quantenbusses von 1 bis n durch.
Dabei ist ein j-tes Quantenbit (QUBj) ein beliebiges dieser n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) mit 1<j<n ist, das nur zu berücksichtigen ist wenn n>2 gilt.
Jedes j-te Quantenbit (QUBj) besitzt ein Vorgängerquantenbit (QUB(j-1)) und ein Nachfolgerquantenbit (QUB(j+1)).
Das erste Quantenbit (QUB1) bildet mit dem ersten Kernquantenbit (CQUB1) ein erstes Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG1).
Das n-te Quantenbit (QUBn) bildet mit dem n-ten Kernquantenbit (CQUBn) ein n-tes Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREGn).
Das erste Quantenbit (QUB1) bildet nun mit dem zweiten Quantenbit (QUB2) ein erstes Elektron-Elektron-Quantenregister (QUREG1), das am Anfang des hier beispielhaft als linear angenommenen Quantenbusses liegt.
Das n-te Quantenbit (QUBn) bildet mit dem (n-1)-ten Quantenbit (QUB(n-1)) ein (n-1)-tes Elektron-Elektron-Quantenregister (QUREG(n-1)), das am anderen Ende des Quantenbusses liegt.
Zwischen diesen beiden Quantenregistern (QUREG1, QUREG(n-1)) befindet sich nun längs des Quantenbusses (QUBUS) eine Kette von Quantenregistern, die sich bevorzugt überlappen.
Jedes der anderen n-2 Quantenbits wird zu besseren Klarheit nun im Folgenden als j-tes Quantenbit (QUBj) mit 1<j<n bezeichnet, wenn n>2 ist. Jedes dieser j-ten Quantenbits bildet dann mit seinem Vorgängerquantenbit (QUB(j-1)) ein (j-1)-tes Quantenregister (QUREG(j-1)). In gleicher Weise bildet jedes dieser j-ten Quantenbits mit seinem Nachfolgerquantenbit (QUB(j+1)) ein j-tes Quantenregister (QUREGj). Somit ergibt sich dann eine geschlossene Kette mit zwei Kern-Elektron-Quantenregistern (CEQUREG1, CEQUREGn) und n-1 Quantenregistern (QUREG1 bis QUREG(n-1)) zwischen dem ersten Kernquantenbit (CQUB1) und dem n-ten Kernquantenbit (CQUBn). Diese geschlossene Kette mit zwei Kern-Elektron-Quantenregistern (CEQUREG1, CEQUREGn) und n-1 Quantenregistern (QUREG1 bis QUREG(n-1)) zwischen dem ersten Kernquantenbit (CQUB1) und dem n-ten Kernquantenbit (CQUBn) ermöglicht dann den Transport von Abhängigkeiten zwischen den Kernquantenbits (CQUB1, CQUBn).
An dieser Stelle erinnern wir uns nun, dass ein Quantenbit mit einer Mehrzahl von Kernquantenbits eine QuantenALU bilden kann. Das Quantenbit einer QuantenALU kann dann mittels eines solchen Quantenbusses mit dem Quantenbit einer anderen QuantenALU verbunden werden. Wie zuvor beschränken wir uns beispielhaft auf die direkte Verbindung zweier QuantenALUs durch eine Kette von Quantenregistern. Es ist offensichtlich, das komplexere Topologien mit Verzweigungen, Schleifen und mehreren QuantenALUs und Kernquantenbits möglich sind. Solche Vorrichtungen werden durch die Beanspruchung mit umfasst. Zur Vereinfachung nehmen wir für die Erläuterung wieder beispielhaft an, dass durch die Kette von Quantenregistern ein Quantenbus (QUBUS) mit n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) gebildet wird. Auch hierbei soll wieder n eine ganze positive Zahl, mit n≥2, darstellen. Der beispielhafte Quantenbus (QUBUS) soll beispielhaft eine erste QuantenALU (QUALU1) und eine n-te QuantenALU (QUALUn) aufweisen. Wie zuvor nummerieren wir zur besseren Klarheit die n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) des beispielhaften, einfachen Quantenbusses von 1 bis n durch. Das erste Quantenbit (QUB1) soll beispielhaft das Quantenbit (QUB1) der ersten QuantenALUs (QUALU1) sein und das n-te Quantenbit (QUBn) das Quantenbit (QUBn) der n-ten QuantenALUs (QUALUn). Die dazwischenliegenden Quantenbits werden zur Vereinfachung pauschal als j-tes Quantenbit (QUBj) bezeichnet, das somit ein beliebiges dieser n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) mit 1<j<n repräsentiert, das nur zu berücksichtigen ist, wenn n>2 gilt. Jedes j-te Quantenbit (QUBj) besitzt in diesem Beispiel ein Vorgängerquantenbit (QUB(j-1)) und ein Nachfolgerquantenbit (QUB(j+1)). Das erste Quantenbit (QUB1) bildet in diesem Beispiel mit dem zweiten Quantenbit (QUB2) ein erstes Elektron-Elektron-Quantenregister (QUREG1). Das n-te Quantenbit (QUBn) bildet in diesem Beispiel mit dem (n-1)-ten Quantenbit (QUB(n-1)) ein (n-1)-tes Elektron-Elektron-Quantenregister (QUREG(n-1)). Jedes der anderen n-2 Quantenbits, im Folgenden als j-tes Quantenbit (QUBj) mit 1<j<n bezeichnet, wenn n>2 ist, bildet in diesem Beispiel mit seinem Vorgängerquantenbit (QUB(j-1)) ein (j-1)-tes Quantenregister (QUREG(j-1)) und mit seinem Nachfolgerquantenbit (QUB(j+1)) ein j-tes Quantenregister (QUREGj). Hierdurch ergibt sich wieder eine geschlossene Kette von n-1 Quantenregistern (QUREG1 bis QUREG(n-1)) zwischen dem ersten Kernquantenbit (CQUB1) und dem n-ten Kernquantenbit (CQUBn). Somit wird der Transport von Abhängigkeiten zwischen den Kernquantenbits der QuantenALUs möglich. Zum Ersten kann der Transport der Abhängigkeiten innerhalb einer QuantenALU zwischen zwei Kernquantenbits dieser QuantenALU über das Quantenbit der QuantenALU erfolgen. Zum Zweiten kann der Transport der Abhängigkeiten zwischen dem Kernquantenbit einer QuantenALU und dem Kernquantenbit einer anderen QuantenALU über die Kette von Quantenregistern erfolgen. Hierdurch wird die Verschränkung aller Kernquantenbits miteinander möglich. Die Kernquantenbits dienen daher bevorzugt dem Quantenberechnungsvorgang während bevorzugt die Quantenpunkte dem Transport der Abhängigkeiten dienen.
Wie bereits erwähnt weist der vorgeschlagene Quantenbus lineare Abschnitte (25) und/oder eine Verzweigung (27) und/oder einen Knick (26) oder eine Schleife (28) auf.
Bevorzugt wird der Quantenbus mit Mitteln (HD1 bis HDn, HS1 bis HSn, and HD1 bis VDn, VS1 bis VSn, CBA, CBB, µC) versehen, um den Spin der Elektronenkonfiguration des n-ten Quantenpunkts (NVn) der n-ten QuantenAlu (QUALUn) und/oder den Kernspin eines Kernquantenpunkts (Cln) der n-ten QuantenAlu (QUALUn) in Abhängigkeit von der Elektronenkonfiguration des ersten Quantenpunkts (NV1) der ersten QuantenAlu (QUALU1) und/oder den Kernspin eines Kernquantenpunkts (CI1) der ersten QuantenAlu (QUALUn) mit Hilfe von Quantenbits der n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) zu ändern.
Quantenbusbetrieb
Zu dem zuvor beschriebenen Quantenbus (QUBUS), der dem Transport von Abhängigkeiten zwischen den Kernquantenpunkten der Kernquantenbits bzw. den Kernquantenpunkten der QuantenALUs dient, die über Quantenpunkte der zugehörigen Quantenbits an den Quantenbus angeschlossen sind, gehört ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Quantenbusses. Da die QuantenALUs aus Kern-Elektron-Quantenregistern (CEQUREG) bestehen, ist es ausreichend, den Transport an einem einfachen Beispiel zu beschreiben. Die möglichen, komplexeren Quantenbus-Topologien mit Verzweigungen und Ringen von Quantenpunkt-Ketten aus verketteten Zweibit-Quantenregistern (QUREG) sind ausdrücklich von der Beanspruchung miteingeschlossen. Das Verfahren zum Betreiben eines solchen Quantenbusses (QUBUS) ist bevorzugt ein Verfahren zum Austausch, insbesondere Spin-Austausch, der Quanteninformation, insbesondere der Spin-Information, des j-ten Quantenpunkts (NVj) eines j-ten Quantenbits (QUBj) mit der Quanteninformation, insbesondere der Spin-Information des (j+1)-ten Quantenpunkt (NV(j+1)) des nachfolgenden (j+1)-ten Quantenbits (QUB(j+1)) eines Quantenbusses (QUBUS). Hierbei steht der j-te Quantenpunkt (NVj) eines j-ten Quantenbits (QUBj) beispielhaft für einen Quantenpunkt der Kette von Quantenpunkten des Quantenbusses. Das Verfahren basiert auf der Durchführung einer Elektron-Elektron-CNOT-Operation, wie zuvor beschrieben. Dabei wird die Elektron-Elektron-CNOT-Operation mit dem j-ten Quantenbit (QUBj) als erstes Quantenbit (QUB1) der Elektron-Elektron-CNOT-Operation und mit dem (j+1)-ten Quantenbit (QUB(j+1)) als zweites Quantenbit (QUB2) der Elektron-Elektron-CNOT-Operation durchgeführt. Zusammengefasst handelt es sich also um nichts anderes als die Anwendung einer Elektron-Elektron-CNOT-Operation auf ein Quantenpunktpaar von Quantenpunkten des Quantenbusses (QUBUS).
Mit Hilfe dieser Operation kann bereits der Transport von Abhängigkeiten über den Quantenbus (QUBUS) sichergesellt werden. Es fehlt aber noch die Ankopplung der Kernquantenpunkte an die Kette von Quantenpunkten. Dies geschieht nun mit dem nachfolgenden Verfahren.
Hierzu geben wir hier ein beispielhaftes Verfahren zum Verschränken des beispielhaft gewählten ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) mit dem beispielhaft gewählten ersten Kernquantenpunkt (CI1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) eines Quantenbusses (QUBUS) an. Ein erster Schritt dieses Verfahrens ist das Durchführen einer Elektron-Kern-Austausch-Operation, insbesondere einer Kern-Elektron-Entenglement-Operation, wie oben beschrieben. Dabei sind das erste Quantenbit (QUB1) das Quantenbit (QUB) der besagten Elektron-Kern-Austausch-Operation und das erste Kernquantenbit (CQUB1) das Kernquantenbit (CQUB) der besagten Elektron-Kern-Austausch-Operation. Hierbei stehen das erste Quantenbit (QUB1) beispielhaft für ein beliebiges erstes Quantenbit des Quantenbusses (QUBUS) und das das erste Kernquantenbit (CQUB1) für ein beliebiges Kernquantenbit des Quantenbusses (QUBUS), das mit dem ersten Quantenbit (QUB1) wechselwirken kann. Mit Hilfe dieser Operation kann somit nun auch die Ankopplung der Kernquantenpunkte an die Kette von Quantenpunkten sichergestellt werden.
Es ist aber auch das Ziel, die Quanteninformation eines Kernquantenbits in Abhängigkeit von einem anderen Kernquantenbit, das ebenfalls über den Quantenbus (QUBUS) erreichbar ist, zu verändern.
Hierzu geben wir hier ein weiteres beispielhaftes Verfahren zum Verschränken des beispielhaft gewählten n-ten Quantenpunkts (NVn) des n-ten Quantenbits (QUBn) mit dem ebenfalls beispielhaft gewählten n-ten Kernquantenpunkt (Cln) des n-ten Kernquantenbits (CQUBn) eines Quantenbusses (QUBUS) an. Es handelt sich also um die Anwendung des unmittelbar zuvor beschriebenen Verfahrens auf das n-te Quantenbit (QUBn) und das n-te Kern-Quantenbit (CQUBn) statt des ersten Quantenbits (QUB1) und des ersten Kernquantenbits (CQUB1). Hierbei stehen das n-te Quantenbit (QUBn) beispielhaft für ein beliebiges weiteres Quantenbit des Quantenbusses (QUBUS) und das das n-te Kernquantenbit (CQUBn) für ein beliebiges weiteres Kernquantenbit des Quantenbusses, das mit dem n-ten Quantenbit (QUBn) wechselwirken kann. Wichtig ist für das hier diskutierte Beispiel nur, dass das erste Quantenbit (QUB1) vom n-ten Quantenbit (QUBn) und dass das erste Kernquantenbit (CQUB1) vom n-ten Kernquantenbit (CQUBn) verschieden sind. Zum besseren Verständnis wurden die Indices 1 und n als willkürliches Beispiel gewählt. Es hätten auch die Indices i und j mit i≠j statt 1 und n gewählt werden können. Das Verfahren umfasst dann das Durchführen einer Elektron-Kern-Austausch-Operation, insbesondere eine Kern-Elektron-Entenglement-Operation, wie oben beschrieben. Dabei stellt das n-te Quantenbit (QUBn) das Quantenbit (QUB) der besagten Elektron-Kern-Austausch-Operation und das n-te Kernquantenbit (CQUBn) das Kernquantenbit (CQUB) der besagten Elektron-Kern-Austausch-Operation dar. Somit ist nun auch die Anbindung des Weiteren Kernquantenpunkts an den Quantenbus möglich. Wir nehmen nun an, dass eine Kette von n Quantenpunkten den ersten Quantenpunkt (NV1) und damit das erste Quantenbit (QUB1) mit dem n-ten Quantenpunkt (NVn) und damit mit dem n-ten Quantenbit (QUBn) verbindet. Der Quantenbus kann darüber hinaus weitere Quantenbits und weitere Kernquantenbits umfassen, die hier beispielhaft nicht weiter betrachtet werden.
Bevor der beispielhafte erste Kernquantenpunkt (CI1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) mit dem beispielhaften n-ten Kernquantenpunkt (Cln) des n-ten Kernquantenbits (CQUBn) verschränkt werden kann, werden die Quantenpunkte der Kette der Quantenpunkte des Quantenbusses (QUBUS) zwischen diesen beiden Kernquantenpunkten und ggf. weitere Quantenpunkte bevorzugt zurückgesetzt. Das Verfahren zum Verschränken des ersten Kernquantenbits (CQUB1) mit dem n-ten Kernquantenbit (CQUBn) eines Quantenbusses (QUBUS) umfasst daher ggf. das vorausgehende Löschen der n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) des Quantenbusses (QUBUS), insbesondere mittels eines Quantenbit-Rücksetzverfahrens, zur Initialisierung des Quantenbusses (QUBUS). Anschließend erfolgt das Verschränken des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) mit dem ersten Kernquantenpunkt (CI1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) des Quantenbusses (QUBUS), insbesondere durch Anwendung des zuvor beschriebenen Verfahrens zum Verschränken des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) mit dem ersten Kernquantenpunkt (CI1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) eines Quantenbusses (QUBUS). Durch diese Operation wird die Änderungsinformation auf das erste Quantenbit (QUB1) des Quantenbusses (QUBUS) gelegt. Die Änderungsinformation kann nun vom erste Quantenbit (QUB1) des Quantenbusses (QUBUS) zum anderen Ende des Quantenbusses (QUBUS) transportiert werden. Dies geschieht durch anschließendes wiederholtes Ausführen des folgenden Schrittes bis alle n-1 Quantenpunkte (NV2 bis NVn) mit ihrem Vorgängerquantenpunkt (NV1 bis NV(n-1)) und damit mit dem ersten Kernquantenpunkt (CI1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) verschränkt sind.
Hierzu wird beginnend mit dem ersten Quantenpunkt (QUB1) des Quantenbusses (QUBUS) für alle nachfolgenden Quantenbits (QUBj) der folgende Schritt ausgeführt, wobei mit jeder Schrittausführung der Index j um 1 erhöht wird, bis j=n erreicht ist. Dieser folgende Schritt beinhaltet das Verschränken des j-ten Quantenpunkts (NVj) eines j-ten Quantenbits (QUBj) mit dem (j+1)-ten Quantenpunkt (NV(j+1)) des nachfolgenden (j+1)-ten Quantenbits (QUB(j+1)) des Quantenbusses (QUBUS). Bei der ersten Anwendung dieses Schrittes wird logischer Weise j=1 gewählt, um den ersten Quantenpunkt (NV1) mit dem zweiten Quantenpunkt (NV2) zu verschränken. Bei den folgenden Anwendungen dieses Schrittes bis zum Erreichen der zuvor benannten Schleifenabbruchbedingung von j=n wird nach der Durchführung des Schrittes der neue Index j um eine erhöht mit j=j+1 gewählt und der j-te Quantenpunkt (NVj) mit dem (j+1)-ten Quantenpunkt (NV(j+1)) verschränkt. Bei dem Verfahren, das in jedem dieser Schritte angewendet wird, handelt es sich bevorzugt um das oben beschriebene Verfahren zum Austausch, insbesondere Spin-Austausch, der Quanteninformation, insbesondere der Spin-Information, des j-ten Quantenpunkts (NVj) eines j-ten Quantenbits (QUBj) mit der Quanteninformation, insbesondere der Spin-Information, des (j+1)-ten Quantenpunkts (NV(j+1)) des nachfolgenden (j+1)-ten Quantenbits (QUB(j+1)) eines Quantenbusses (QUBUS). Anschließend erfolgt ein erneutes wiederholtes Ausführen des Schrittes bis alle n-1 Quantenpunkte (NV2 bis NVn) mit ihrem Vorgängerquantenpunkt (NV1 bis NV(n-1)) und damit mit der Quanteninformation des ersten Kernquantenpunkts (CI1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) verschränkt sind,
Auf diese Weise wird die Änderungsinformation nun von dem ersten Quantenpunkt (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) über die anderen Quantenpunkte (NV2 bis NV(n-1)) des Quantenbusses (QUBUS) bis zum n-ten Quantenpunkt (NVn) des n-ten Quantenbits (QUBn) des Quantenbusses (QUBn) transportiert. Nun verbleibt die Aufgabe eine abschließende Verschränkung der Quanteninformation des n-ten Quantenpunkts (NVn) des n-ten Quantenbits (QUBn) mit der Quanteninformation des n-ten Kernquantenpunkts (Cln) des n-ten Kernquantenbits (CQUBn) vorzunehmen, um den Transport der Änderungsinformation abzuschließen.
Es folgt daher das zeitlich anschließende Verschränken des n-ten Quantenpunkts (NVn) des n-ten Quantenbits (QUBn) mit dem n-ten Kernquantenpunkt (Cln) des n-ten Kernquantenbits (CQUBn) des Quantenbusses (QUBUS), insbesondere durch Anwendung eines Verfahren zum Verschränken des n-ten Quantenpunkts (NVn) des n-ten Quantenbits (QUBn) mit dem n-ten Kernquantenpunkt (Cln) des n-ten Kernquantenbits (CQUBn) eines Quantenbusses (QUBUS).
Es ist nun sinnvoll, die Verschränkung ggf. noch einmal in die andere Richtung zu transportieren. Hierzu wird ggf. der folgende Schritt der Verschränkung der Quanteninformation, insbesondere des Spin-Austauschs, des j-ten Quantenpunkts (NVj) eines j-ten Quantenbits (QUBj) mit dem (j+1)-ten Quantenpunkt (NV(j+1)) des nachfolgenden (j+1)-ten Quantenbits (QUB(j+1)) des Quantenbusses (QUBUS) mehrfach ausgeführt. Bei der ersten Anwendung dieses Schrittes wird nun, da es zurückgehen soll, j=n gewählt. Bei den folgenden Anwendungen dieses Schrittes wird mit jedem Schritt im Vergleich zum vorhergehenden Schritt bis zum Erreichen der zuvor benannten Schleifenabbruchbedingung von j=1 der neue Index mit j=j-1 gewählt. Nachdem dann die Änderungsinformation vom n-ten Quantenbit (QUBn) zum ersten Quantenbit (QUB1) zurücktransportiert wurde, wird der erste Quantenpunkt (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) nun mit dem ersten Kernquantenpunkt (CI1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) verschränkt. Es erfolgt eine Verschränkung der Quanteninformation, insbesondere ein Spin-Austausch, des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) mit der Quanteninformation des ersten Kernquantenpunkt (CI1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) des Quantenbusses (QUBUS).
Ggf. erfolgt ein abschließendes Löschen der n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) des Quantenbusses (QUBUS).
Nun sei hier ein weiteres Verfahren zum Verschränken des ersten Kernquantenbits (CQUB1) mit dem n-ten Kernquantenbit (CQUBn) eines Quantenbusses (QUBUS) angegeben. Bei diesem weiteren Verfahren erfolgt zuerst ggf. ein vorausgehendes Löschen der n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) des Quantenbusses (QUBUS) zur Initialisierung des Quantenbusses (QUBUS). Ggf. erfolgt auch zuvor ein vorausgehendes Löschen des ersten Kernquantenbits (CQUB1) und/oder ein vorausgehendes Löschen des n-ten Kernquantenbits (CQUBn). Sofern dieser Löschvorgang Quantenbits der n Quantenbits des Quantenbusses modifiziert haben sollte ist es ggf. sinnvoll nochmals ein vorausgehendes nochmaliges Löschen des ersten Quantenbits (QUB1) und des n-ten Quantenbits bis QUBn) des Quantenbusses (QUBUS) zur Initialisierung des Quantenbusses (QUBUS) durchzuführen.
Es erfolgt dann bevorzugt das Durchführen eines Hadamard-Gates mit dem ersten Quantenbit (QUB1) als Quantenbit (QUB) des besagten Hadamard-Gates und das Durchführen einer Elektron-Kern- CNOT-Operation mit dem mit dem ersten Quantenbit (QUB1) und dem ersten Kernquantenbit (CQUB1). Nun wird die Änderungsinformation, die mit dem letzten Schritt auf den Quantenbus (QUBUS) gelegt wurde, über den Quantenbus (QUBUS) transportiert. Hierzu erfolgt ein wiederholtes Ausführen des folgenden Schrittes bis alle n-1 Quantenpunkte (NV2 bis NVn) mit ihrem Vorgängerquantenpunkt (NV1 bis NV(n-1)) verschränkt sind. Dieser folgende Schritt ist dabei das Verschränken des j-ten Quantenpunkts (NVj) eines j-ten Quantenbits (QUBj) mit dem (j+1)-ten Quantenpunkt (NV(j+1)) des nachfolgenden (j+1)-ten Quantenbits (QUB(j+1)) des Quantenbusses (QUBUS), insbesondere mittels eines Elektron-Elektron-CNOTs, wie zuvor beschrieben. Bei der ersten Anwendung dieses Schrittes wird wieder j=1 gewählt. Bei den folgenden Anwendungen dieses Schrittes bis zum Erreichen der zuvor benannten Schleifenabbruchbedingung von j=n wird in jedem neuen Schritt der neue Index dann wieder mit j=j+1 gewählt. Hierdurch werden dann alle n Quantenpunkte (NV1 bis NVn) des Quantenbusses (QUBUS) miteinander verschränkt.
Um nun auch den n-ten Kernquantenpunkt (Cln) mit den n Quantenpunkten (QUB1 bis QUBn) des Quantenbusses (QUBUS) zu verschränken, erfolgt dann die Durchführung einer Elektron-Kern- CNOT-Operation mit dem mit dem n-ten Quantenbit (QUBn) und dem n-ten Kernquantenbit (CQUBn). Als Ergebnis sind dann der erste Kernquantenpunkt (NV1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) mit dem n-ten Kernquantenpunkt (NVn) des n-ten Kernquantenbits (CQUBn) verschränkt. Ggf. sollten Quantenpunkte (NV1 bis NVn) der Quantenbits (QUB1 bis QUBn) des Quantenbusses (QUBUS) dann wieder mittels „grünem Licht“ zurückgesetzt werden.
Quantencomputer
Ein Quantencomputer, der in der Lage ist, die oben beschriebenen Verfahren auszuführen, zeichnet sich dadurch aus, dass er zumindest eine Steuervorrichtung (µC) und zumindest eine Lichtquelle (LED) umfasst. Die Lichtquelle, die bevorzugt zur Erzeugung des „grünen Lichts“ zum Zurücksetzen der Quantenpunkte (NV1 bis NVn) der Quantenbits (QUB1 bis QUBn) des Quantenbusses (QUBUS) dient, kann insbesondere eine LED und/oder ein Laser und/oder ein durchstimmbarer Laser sein. Um die zumindest eine Lichtquelle betreiben zu können, umfasst der Quantencomputer bevorzugt zumindest einen Lichtquellentreiber (LEDDR). Ein Quantencomputer, wie er hier vorgeschlagen wird umfasst bevorzugt zumindest eine der folgenden quantenbasierenden Teilvorrichtungen wie ein oder bevorzugt mehrere Quantenbit (QUB) und/oder ein oder bevorzugt mehrere Quantenregister (QUREG) und/oder ein oder bevorzugt mehrere Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG), und/oder ein oder mehrere Kern-Elektron- Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG) und/oder eine oder mehrere Anordnung von Quantenpunkten (NV) und/oder einen oder mehrere Quantenbusse (QUBUS).
Die zumindest eine Lichtquelle (LED) wird bevorzugt von dem zumindest einen Lichtquellentreiber (LEDDR) zeitweise in Abhängigkeit von einem Steuersignal der Steuervorrichtung (µC) mit elektrischer Energie versorgt.
Die mindestens eine Lichtquelle (LED) ist bevorzugt dazu geeignet und/oder bestimmt, mindestens einen Teil der Quantenpunkte (NV) zurückzusetzen. Bevorzugt zeigt es sich darin, dass die Lichtquelle (LED) dazu geeignet und/oder bestimmt ist, einen oder mehrere Quantenpunkte mit „grünem Licht“ zu bestrahlen.
Bevorzugt zeichnet sich der Quantencomputer (QC) dadurch aus, dass er zumindest einen Schaltkreis und/oder Halbleiterschaltkreis und/oder CMOS-Schaltkreis insbesondere zur Ansteuerung der Quantenbits und/oder Kernquantenbits und/oder Quantenregister und/oder Elektron-Kern-Quantenregister umfasst. Bevorzugt umfasst ein solcher Quantencomputer zumindest eine der folgenden quantenbasierenden Teilvorrichtungen wie ein oder mehrere Quantenbits (QUB) und/oder ein oder mehrere Quantenregister (QUREG) und/oder ein oder mehrere Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) und/oder ein oder mehrere Kern-Elektron- Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG) und/oder eine oder mehrere Anordnungen von Quantenpunkten (NV) und/oder einen oder mehrere Quantenbusse (QUBUS). Bevorzugt weist dabei der mindestens eine Schaltkreis und/oder Halbleiterschaltkreis und/oder CMOS-Schaltkreis Mittel auf, die einzeln oder zu mehreren in Gemeinschaft dazu eingerichtet und geeignet sind, zumindest eines der zuvor beschriebenen Verfahren, insbesondere der Verfahrensgruppen Elektron-Kern-Austausch-Operation und/oder Quantenbit-Rücksetzverfahren und/oder Kern-Elektron-Quantenregister-Rücksetzverfahren und/oder Quantenbit-Mikrowellenansteuerverfahren und/oder Kern-Elektron-Quantenregister-Radiowellenansteuerverfahren und/oder Kernquantenbit-Radiowellenansteuerverfahren und/oder Kern-Kern-Quantenregister-Radiowellenansteuerverfahren und/oder selektives Quantenbit-Ansteuerverfahren und/oder selektives Quantenregisteransteuerverfahren und/oder Quantenbit-Bewertung und/oder Quantencomputerergebnisextraktion und/oder Quantum-Computing durchzuführen und/oder einen Quantenbusbetrieb, wie zuvor beschrieben, auszuführen.
Bevorzugt weist der Quantencomputer eine oder mehrere Vorrichtungen einer Magnetfeldkontrolle (MFC) mit mindestens einem oder mehreren Magnetfeldsensoren (MFS) und mindesten einem oder mehreren Stellgliedern, insbesondere einer Magnetfeldkontrolle (MFK), auf, um das Magnetfeld im Bereich der Vorrichtung durch aktive Regelung zu stabilisieren. Bevorzugt ist dabei insbesondere die Magnetfeldkontrolle (MFC) ein Teil der Steuervorrichtung. Ebenso bevorzugt kann die Magnetfeldkontrolle (MFC) von der Steuervorrichtung bzw. einen Steuerrechner (µC) gesteuert werden.
Integrierte Schaltung für einen Quantencomputer
Der für den Quantencomputer bevorzugt verwendete Schaltkreis und/oder Halbleiterschaltkreis und/oder CMOS-Schaltkreis umfasst bevorzugt zumindest eine Steuervorrichtung (µC). Bevorzugt weist er Mittel, die zur Ansteuerung zumindest einer der folgenden quantenbasierenden Teilvorrichtungen mit einem ersten anzusteuernden Quantenbit (QUB1) geeignet und/oder vorgesehen sind, auf. Diese sind beispielhaft ein oder mehrere Quantenbits (QUB) und/oder ein oder mehrere Quantenregister (QUREG) und/oder ein oder mehrere Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) und/oder ein oder mehrere Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG) und/oder ein oder mehrere Anordnungen von Quantenpunkten (NV) und/oder einen Quantenbus (QUBUS) und/oder ein oder mehrere QuantenALUs (QUALU).,
Bevorzugt umfasst er zur Ansteuerung eines beispielhaften ersten anzusteuernden Quantenbits (QUB1)

• eine dem beispielhaften ersten anzusteuernden Quantenbit (QUB1) zugeordnete, erste horizontale Treiberstufe (HD1) zur Ansteuerung des ersten anzusteuernden Quantenbits (QUB1) und/oder
• eine dem beispielhaften ersten anzusteuernden Quantenbit (QUB1) zugeordnete, erste horizontale Empfängerstufe (HS1), die mit der ersten horizontalen Treiberstufe (HD1) eine Einheit bilden kann, zur Ansteuerung des ersten anzusteuernden Quantenbits (QUB1) und/oder
• eine dem beispielhaften ersten anzusteuernden Quantenbit (QUB1) zugeordnete, erste vertikale Treiberstufe (VD1) zur Ansteuerung des ersten anzusteuernden Quantenbits (QUB1) und/oder
• eine dem beispielhaften ersten anzusteuernden Quantenbit (QUB1) zugeordnete, erste vertikale Empfängerstufe (VS1), die mit der ersten vertikalen Treiberstufe (VD1) eine Einheit bilden kann.

Hierbei steht das erste Quantenbit (QUB1) repräsentativ für ein beliebiges Quantenbit des Quantencomputers bzw. der Quantentechnologischen Vorrichtung. Die Ansprüche sind daher für ein beliebiges Quantenbit des Quantencomputers bzw. der Quantentechnologischen Vorrichtung auszulegen. Die Bezeichnung „erstes Quantenbit (QUB1)“ ist hier also nur eine Bezeichnung für ein beliebiges Quantenbit der Vorrichtung. Der Begriff „erstes“ soll nur die Unterscheidung zu weiteren Quantenbits ermöglichen. Gleiches gilt in analoger Weise für die erste Treiberstufe (HD1), die erste horizontale Empfängerstufe (HS1), die erste vertikale Treiberstufe (VD1) und die erste vertikale Empfängerstufe (VS1).
Die erste horizontale Treiberstufe (HD1) und die erste horizontale Empfängerstufe (HS1) steuern bevorzugt das beispielhafte erste anzusteuernde Quantenbit (QUB1) über die erste horizontale Leitung (LH1) des ersten Quantenbits (QUB1) an.
Die erste vertikale Treiberstufe (VD1) und die erste vertikale Empfängerstufe (VS1) steuern bevorzugt das beispielhafte erste anzusteuernde Quantenbit (QUB1) über die erste vertikale Leitung (LV1) des ersten Quantenbits (QUB1) an.
Bevorzugt speist die erste horizontale Treiberstufe (HD1) den ersten horizontalen Strom (IH1) in die erste horizontale Leitung (LH1) des ersten Quantenbits (QUB1) ein.
Bevorzugt speist die erste vertikale Treiberstufe (VD1) den ersten vertikalen Strom (IV1) in die erste vertikale Leitung (LV1) des ersten Quantenbits (QUB1) ein.
Der erste horizontale Strom (IH1) weist dabei bevorzugt eine erste horizontale Stromkomponente mit einer ersten horizontalen Modulation mit einer ersten Frequenz (f) auf.
Bevorzugt weist der erste vertikale Strom (IV1) eine erste vertikale Stromkomponente mit einer ersten vertikalen Modulation mit der ersten Frequenz (f) auf.
Bevorzugt ist die erste vertikale Modulation der ersten vertikalen Stromkomponente des ersten vertikalen Stromes (IV1) gegenüber der ersten horizontalen Modulation der ersten horizontalen Stromkomponente des ersten horizontalen Stromes (IH1) um einen ersten zeitlichen Phasenversatz von im Wesentlichen +/-π/2 der Frequenz (f) zumindest zeitweise zeitlich phasenverschoben.
Bevorzugt sind die erste horizontale Stromkomponente des ersten horizontalen Stroms (IH1) mit einem ersten horizontalen Strompuls mit einer ersten Pulsdauer (τ_P1) und/oder die erste vertikale Stromkomponente des ersten vertikalen Stroms (IV1) mit einem ersten vertikalen Strompuls mit der ersten Pulsdauer (τ_P1) gepulst.
Bevorzugt sind der erste vertikale Strompuls um den zeitlichen ersten Phasenversatz gegenüber dem ersten horizontalen Strompuls zeitlich phasenversetzt und/oder der erste vertikale Strompuls um den zeitlichen ersten Phasenversatz von +/- π/2 der Frequenz (f) gegenüber dem ersten horizontalen Strompuls zeitlich phasenversetzt.
Bevorzugt ist dabei die erste Frequenz (f) wirkungsgleich zu einer der folgenden Frequenzen:

• einer Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE ) oder
• einer Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (F_RWEC ) oder
• einer Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW ) oder
• einer Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWEE ) oder
• einer Kern-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_RWCC ).

Bevorzugt entspricht die erste Pulsdauer τ_P zumindest zeitweise einem ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Periodendauer τ_RCE der Rabi-Oszillation der Kern-Elektron Rabi-Oszillation, wenn die erste Frequenz (f) wirkungsgleich zu einer Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE ) ist, und/oder die erste Pulsdauer τ_P entspricht zumindest zeitweise einem ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Periodendauer τ_REC der Rabi-Oszillation der Elektron-Kern-Rabi-Oszillation, wenn die erste Frequenz (f) wirkungsgleich zu einer Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (F_RWEC ) ist. Auch kann die erste Pulsdauer τ_P zumindest zeitweise einem ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Periodendauer τ_R der Rabi-Oszillation der Elektron1-Elektron1-Rabi-Oszillation entsprechen, wenn die erste Frequenz (f) wirkungsgleich zu einer Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW ) ist und/oder zumindest zeitweise einem ganzzahligen Vielfachen der von π/4 der Periodendauer τ_REE der Rabi-Oszillation der Elektron1-Elektron2-Rabi-Oszillation entsprechen, wenn die erste Frequenz (f) wirkungsgleich zu einer Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWEE ) ist. Ebenso kann die erste Pulsdauer τ_P zumindest zeitweise einem ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Periodendauer τ_RCC der Rabi-Oszillation der Kern-Kern-Rabi-Oszillation entsprechen, wenn die erste Frequenz (f) wirkungsgleich zu einer Kern-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_RWCC ) ist.
Bevorzugt weist der Schaltkreis und/oder Halbleiterschaltkreis und/oder CMOS-Schaltkreis eine zweite horizontale Treiberstufe (HD2) zur Ansteuerung eines zweien anzusteuernden Quantenbits (QUB2) und sie eine zweite horizontale Empfängerstufe (HS2) auf, die mit der zweiten horizontalen Treiberstufe (HD2) eine Einheit bilden kann. Diese dienen bevorzugt der Ansteuerung des zweiten anzusteuernden Quantenbits (QUB2).
Der besagte Schaltkreis und/oder Halbleiterschaltkreis und/oder CMOS-Schaltkreis umfasst des Weiteren bevorzugt eine zweite vertikale Treiberstufe (VD2) zur Ansteuerung eines zweiten anzusteuernden Quantenbits (QUB2) und eine zweite vertikale Empfängerstufe (VS2), die mit der zweiten vertikalen Treiberstufe (VD2) eine Einheit bilden kann. Diese dienen ebenfalls bevorzugt zur Ansteuerung des zweiten anzusteuernden Quantenbits (QUB2).
Die erste vertikale Treiberstufe (VD1) wird bevorzugt zur Ansteuerung des zweiten anzusteuernden Quantenbits (QUB2) verwendet. Die erste vertikale Empfängerstufe (VS1) wird bevorzugt zur Ansteuerung des zweiten anzusteuernden Quantenbits (QUB2) verwendet.
Hierbei steht das zweite Quantenbit (QUB1) repräsentativ für ein beliebiges Quantenbit des Quantencomputers bzw. der Quantentechnologischen Vorrichtung, das vom zuvor genannten beispielhaften ersten Quantenbit (QUB1) verschieden ist. Die Ansprüche sind daher für ein beliebiges Quantenbit des Quantencomputers bzw. der quantentechnologischen Vorrichtung, das vom zuvor genannten beispielhaften ersten Quantenbit (QUB1) verschieden ist, auszulegen. Die Bezeichnung „zweites Quantenbit (QUB2)“ ist hier also nur eine Bezeichnung für ein beliebiges Quantenbit der Vorrichtung, das vom zuvor genannten beispielhaften ersten Quantenbit (QUB1) verschieden ist. Der Begriff „zweites“ soll nur die Unterscheidung zu weiteren Quantenbits und von dem besagten ersten Quantenbit (QUB1) ermöglichen. Gleiches gilt in analoger Weise für die zweite Treiberstufe (HD2), die zweite horizontale Empfängerstufe (HS2), die zweite vertikale Treiberstufe (VD2) und die zweite vertikale Empfängerstufe (VS2).
Bevorzugt werden die erste horizontale Treiberstufe (HD1) und die erste horizontale Empfängerstufe (HS1) zur Ansteuerung des zweiten anzusteuernden Quantenbits (QUB2) mitverwendet. (siehe Figuren)
Bevorzugt speist die erste horizontale Treiberstufe (HD1) einen ersten horizontalen Gleichstromanteil als weiteren horizontalen Stromanteil in die erste horizontale Leitung (LH1) ein. Der Betrag des ersten horizontalen Gleichstromanteils kann dabei 0A sein. Die zweite horizontale Treiberstufe (HD2) speist bevorzugt einen zweiten horizontalen Gleichstromanteil als weiteren horizontalen Stromanteil in die zweite horizontale Leitung (LH2) ein, wobei der Betrag des zweiten horizontalen Gleichstromanteils 0A sein kann. Die erste vertikale Treiberstufe (VD1) speist bevorzugt einen ersten vertikalen Gleichstromanteil als weiteren vertikalen Stromanteil in die erste vertikale Leitung (LV1) ein. Der Betrag des ersten vertikalen Gleichstromanteils kann 0A sein. Die zweite vertikale Treiberstufe (HD2) speist einen zweiten vertikalen Gleichstromanteil als weiteren vertikalen Stromanteil in die zweite vertikale Leitung (LV2) ein. Dabei kann der Betrag des zweiten vertikalen Gleichstromanteils 0A sein.
Der erste horizontale Gleichstromanteil und/oder der zweite horizontale Gleichstromanteil und/oder der erste vertikale Gleichstromanteil und/oder der zweite vertikale Gleichstromanteil können so eingestellt werden, dass die erste Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE1 ) eines ersten Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG1) eines Kern-Elektro-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) von der zweiten Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE2 ) eines zweiten Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG2) des Kern-Elektro-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) abweicht oder dass die erste Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_RWEC1 ) eines ersten Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG1) eines Kern-Elektro-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) von der zweiten Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_RWEC2 ) eines zweiten Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG2) des Kern-Elektro-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) abweicht oder dass die erste Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW1 ) eines ersten Quantenbits (QUB1) eines Quantenregisters (QUREG) von der zweiten Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW2 ) eines zweiten Quantenbits (QUB2) des Quantenregisters (QUREG) abweicht. Hierdurch wird eine selektive Ansteuerung möglich.
Herstellungsverfahren
Im Folgenden wird nun ein Verfahren zum Herstellen eines Quantenregisters (QUREG) und/oder eines Quantenbits (QUB) und/oder einer Anordnung von Quantenpunkten und/oder einer Anordnung von Quantenbits vorgeschlagen.
Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Substrats (D), insbesondere eines Diamanten. Es umfasst das typischerweise darauffolgende Aufbringen einer epitaktischen Schicht (DEPI), um die Perfektion des Kristallgitters sicherzustellen.
Bevorzugt wird dabei eine n-dotierte Schicht, insbesondere eine n-dotierte Diamantschicht, bevorzugt mittels CVD Methoden abgeschieden. Im Falle einer Diamantschicht ist diese bevorzugt bereits mit einer Schwefeldotierung und/oder anderen n-Dotierung versehen. Hierbei können auch Stickstoffatome zur n-Dotierung verwendet werden. Die epitaktischen Schicht (DEPI) kann ein größeres Volumen als das Substrat (D) haben. Bei dem Substrat (D) kann es sich auch nur um einen Kristallisationskeim handeln.
Sofern das Substrat (D) bzw. die epitaktische Schicht (DEPI) nicht oder in nicht ausreichendem Maße n- oder Schwefel-dotiert sind, erfolgt ggf. bevorzugt insbesondere im Falle eines Diamantsubstrats noch eine Schwefelimplantation und/oder n-Dotierung zumindest von Teilen des Substrats (D) bzw. zumindest von Teilen der epitaktischen Schicht (DEPI). Des Weiteren erfolgen bevorzugt noch eine bevorzugt anschließende Reinigung und ein Ausheilen der Strahlenschäden.
Zur Herstellung der Quantenpunkte erfolgt bevorzugt eine deterministische Einzelionenimplantation, insbesondere von Stickstoff in Diamant, zur Herstellung von paramagnetischen Zentren als Quantenpunkte (NV) in vorbestimmten Bereichen des Substrats (D) bzw. der epitaktischen Schicht (DEPI). Dies dient im Falle eines Diamanten beispielsweise bevorzugt der Herstellung von NV-Zentren als Quantenpunkten (NV) in vorbestimmten Bereichen der als Substrat (D) dienenden Diamanten bzw. deren ggf. zuvor aufgebrachten epitaktischen Schicht (DEPI).
Bevorzugt erfolgt auch hier ggf. wieder eine Reinigung und eine Temperaturbehandlung.
Bevorzugt erfolgt anschließend eine Vermessung der Funktion, Position und der T2-Zeiten der implantierten Einzelatome und ggf. eine Wiederholung der beiden vorausgehenden Schritte, falls die Messung einen Fehlschlag der Herstellung der Quantenpunkte ergibt.
Um das elektrische Auslesen der Quantenpunkte zu ermöglichen, erfolgt bevorzugt ein Herstellen von ohmschen Kontakten zum Substrat (D) bzw. zur epitaktischen Schicht (DEPI).
Der horizontalen Leitungen (LH1, LH2, LH3) und ggf. die horizontalen Abschirmleitungen (SH1, SH2, SH3, SH4) werden mittels lithografischer Schritte hergestellt.
Für die Herstellung eines mehrlagigen Metallisierungsstapels erfolgen ein oder mehrmals das Abscheiden einer Isolation (IS) und jeweils, sofern notwendig, das Öffnen von Durchkontaktierungen.
Die vertikalen Leitungen (LV1, LV2, LV3) und ggf. die vertikalen Abschirmleitungen (SV1, SV2, SV3, SV4) werden mittels lithografischer Schritte hergestellt.
Neben diesem Basisverfahren zur Herstellung von Quantenpunkten, Quantenbits (QUB), Quantenregistern (QUREG) wird nun auch ein Verfahren zum Herstellen eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) und/oder eines Quantenbits (QUB) zusammen mit einem Kernquantenbit (CQUB) und/oder einer Anordnung von Quantenpunkten (NV) zusammen mit einer Anordnung von Kernquantenpunkten (CI) und/oder einer Anordnung von Quantenbits (QUB) zusammen mit einer Anordnung von Kernquantenbits (CQUB) beschrieben.
Diese Verfahren umfassen das Bereitstellen eines Substrats (D), insbesondere eines Diamanten und ggf. das Aufbringen einer epitaktischen Schicht (DEPI), ggf. bereits mit Schwefeldotierung und/oder n-Dotierung. Sofern das Substrat (D) bzw. die epitaktische Schicht (DEPI) nicht n- oder Schwefel-dotiert sind, erfolgen insbesondere im Falle eines Diamantmaterials bevorzugt wieder die besagte Schwefelimplantation und/oder n-Dotierung zumindest von Teilen des Substrats (D) bzw. zumindest von Teilen der epitaktischen Schicht (DEPI) und die Reinigung und das Ausheilen der Strahlenschäden.
Zur Herstellung der Kernquantenpunkte (Cl) erfolgt bevorzugt nun jedoch eine deterministische Einzelionenimplantation vorbestimmter Isotope, insbesondere von ¹⁵N-Stickstoff in Diamant, zur Herstellung von paramagnetischen Zentren als Quantenpunkte (NV) und zur gleichzeitigen Herstellung von Kern-Quantenpunkten (Cl) in vorbestimmten Bereichen des Substrats (D) bzw. der epitaktischen Schicht (DEPI), insbesondere zur Herstellung von NV-Zentren als Quantenpunkte (NV) mit Stickstoffatomen als Kernquantenpunkte (CQUB) in vorbestimmten Bereichen eines als Substrats (D) dienenden Diamanten.
Bevorzugt erfolgen wieder eine Reinigung und Temperaturbehandlung und die Vermessung der Funktion, Position und der T2-Zeiten der implantierten Einzelatome und ggf. eine Wiederholung der beiden vorausgehenden Schritte im Falle eines Fehlschlags.
Wie zuvor erfolgen das Herstellen von ohmschen Kontakten zum Substrat (D) bzw. zur epitaktischen Schicht (DEPI), das Herstellen der horizontalen Leitungen (LH1, LH2, LH3) und ggf. der horizontalen Abschirmleitungen (SH1, SH2, SH3, SH4), das Abscheiden mindestens einer Isolation (IS) und das Öffnen der Durchkontaktierungen sowie das Herstellen der vertikalen Leitungen (LV1, LV2, LV3) und ggf. der vertikalen Abschirmleitungen (SV1, SV2, SV3, SV4).
Nun wollen wir hier ein Verfahren zum Herstellen eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) und/oder eines Quantenbits (QUB) zusammen mit einem Kernquantenbit (CQB) und/oder einer Anordnung von Quantenpunkten (NV) zusammen mit einer Anordnung von Kernquantenpunkten (CI) und/oder einer Anordnung von Quantenbits (QUB) zusammen mit einer Anordnung von Kernquantenbits (CQUB) angeben. Es umfasst wieder das Bereitstellen eines Substrats (D), insbesondere eines Diamanten, und ggf. das Aufbringen einer epitaktischen Schicht (DEPI), ggf. bereits mit Schwefeldotierung und/oder n-Dotierung. Sofern das Substrat (D) bzw. die epitaktische Schicht (DEPI) nicht n- oder Schwefel-dotiert sind, erfolgen wieder bevorzugt eine Schwefelimplantation und/oder eine andere n-Dotierung zumindest von Teilen des Substrats (D) bzw. zumindest von Teilen der epitaktischen Schicht (DEPI) und die Reinigung und das Ausheilen der Strahlenschäden. Nun erfolgt bevorzugt eine deterministische Einzelionenimplantation vorbestimmter Isotope, insbesondere von ¹⁴N-Stickstoff und/oder ¹⁵N-Stickstoff in Diamant, zur Herstellung von paramagnetischen Zentren als Quantenpunkte (NV) in vorbestimmten Bereichen des Substrats (D) bzw. der epitaktischen Schicht (DEPI), insbesondere zur Herstellung von NV-Zentren als Quantenpunkte (NV) in vorbestimmten Bereichen eines als Substrats (D) dienenden Diamanten. Alternativ oder zusammen mit der zuvor beschriebenen deterministischen Einzelionenimplantation kann eine deterministische Einzelionenimplantation vorbestimmter Isotope mit magnetischen Moment des Atomkerns, insbesondere von ¹³C-Kohlenstoff in Diamant, zur Herstellung von Kern-Quantenpunkten (Cl) in den vorbestimmten Bereichen des Substrats (D) bzw. der epitaktischen Schicht (DEPI), insbesondere zur Herstellung von Kernquantenpunkten (CQUB) in den vorbestimmten Bereichen eines als Substrats (D) dienenden Diamanten erfolgen. Es findet dann wieder eine Reinigung und Temperaturbehandlung statt. Wieder erfolgt bevorzugt eine Vermessung der Funktion, Position und der T2-Zeiten der implantierten Einzelatome und ggf. Wiederholung der drei vorausgehenden Schritte. Wie zuvor umfasst das Verfahren bevorzugt das Herstellen von ohmschen Kontakten zum Substrat (D) bzw. zur epitaktischen Schicht (DEPI) und das Herstellen der horizontalen Leitungen (LH1, LH2, LH3) und ggf. der horizontalen Abschirmleitungen (SH1, SH2, SH3, SH4), das Abscheiden einer Isolation (IS) und Öffnen der Durchkontaktierungen und das Herstellen der vertikalen Leitungen (LV1, LV2, LV3) und ggf. der vertikalen Abschirmleitungen (SV1, SV2, SV3, SV4).
Sensorsystem
Die vorgeschlagene Vorrichtung und die hier vorgeschlagenen Verfahren können auch als Sensorsystem eingesetzt werden. Bevorzugt wird dann das Magnetfeld nicht mehr stabilisiert. Die Wechselwirkung mit dem Umfeld wird dann durch die Steuervorrichtung (µC) mittels der Quantenpunkte erfasst, ausgewertet und über den Datenbus (DB) weitergegeben. Es sind daher auch Sensorsysteme ausdrücklich von den Ansprüchen umfasst.
Figurenliste

1 zeigt ein Quantenbit (QUB).
2 zeigt ein Kernquantenbit (CQUB).
3 zeigt ein Quantenregister (QUREG).
4 zeigt ein Kern-Kern-Quantenregister (CCQUREG).
5 zeigt ein Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG).
6 zeigt ein Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG).
7 zeigt ein Quantenregister (QUREG) mit einer zweiten vertikalen Abschirmleitung (SV2)
8 zeigt ein Quantenregister (QUREG) mit einer zweiten vertikalen Abschirmleitung (SV2) und mit einer ersten vertikalen Abschirmleitung (SV1) mit einer dritten vertikalen Abschirmleitung (SV3).
9 zeigt ein Quantenbit (QUB) mit Kontakten (KHa, KHb, KVa) zum elektrischen Auslesen der Photoelektronen und eine symbolische Darstellung des Quantenbits (QUB).
10 zeigt die symbolische Darstellung eines eindimensionalen Quantenregisters (QREG1D) mit drei Quantenbits (QUB1, QUB2, QUB3).
11 zeigt die symbolische Darstellung eines eindimensionalen Kernquantenregisters (CCQREG1D) mit drei Kernquantenbits (CQUB1, CQUB2, CQUB3).
12 zeigt die symbolische Darstellung eines zweidimensionalen Quantenregisters (QREG2D) mit neun Quantenpunkten (NV11 bis NV33).
13 zeigt die symbolische Darstellung eines zweidimensionalen Kernquantenregisters (CCQREG2D) mit neun Kernquantenpunkten (CI11 bis CI33).
14 zeigt einen beispielhaften zeitlichen Amplitudenverlauf der horizontalen Stromkomponente des horizontalen Stromes (IH) und der vertikalen Stromkomponente des vertikalen Stromes (IV) mit einer Phasenverschiebung von +/- π/2 zur Erzeugung eines zirkular polarisierten elektromagnetischen Feldes am Ort des Quantenpunkts (NV) bzw. des Kernquantenpunkts (CI).
15 dient der Veranschaulichung einer optimalen Bestromung am Beispiels eines Quantenbits (QUB) mit einer ersten vertikalen Abschirmleitung (SV1) und einer zweiten vertikalen Abschirmleitung (SV2).
16 dient der Veranschaulichung einer optimalen Bestromung am Beispiels eines Quantenbits (QUB) mit einer ersten horizontalen Abschirmleitung (SH1) und einer zweiten horizontalen Abschirmleitung (SH2).
17 zeigt die symbolische Darstellung eines Drei-Bit-Quantenregisters oder Kernquantenregisters mit Abschirmleitungen und einer gemeinsamen ersten vertikalen Ansteuerleitung (IV1).
18 zeigt die symbolische Darstellung eines zweidimensionalen Drei-x-Drei-Bit-Quantenregisters oder Kernquantenregisters mit Abschirmleitungen und Kontakten zum Auslesen der Photoelektronen.
19 zeigt ein beispielhaftes Zwe--Bit Quantenregister (QUREG) mit einer gemeinsamen ersten horizontalen Leitung (LH1), mehreren Abschirmleitungen und zwei Quantenpunkten (NV1, NV2).
20 zeigt ein beispielhaftes Zwei-Bit-Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG) mit einer gemeinsamen ersten horizontalen Leitung (LH1), mehreren Abschirmleitungen und zwei QuantenALUs (QUALU1, QUALU2).
21 dient der Erläuterung des Quantenbusbetriebes.
22 zeigt beispielhaft die Anordnung für ein beispielhaftes Fünf-Bit Quantenregister in stark vereinfachter Form in der Aufsicht.
23 zeigt das Blockdiagramm eines beispielhaften Quantencomputers mit einem beispielhaften schematisch angedeuteten Drei-Bit Quantenregister, das ggf. auch z.B. durch ein Drei-Bit Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG) mit drei QuantenALUs ersetzt werden könnte.
24 zeigt eine beispielhafte symbolische horizontale Anordnung eines Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG) mit zwei QuantenALUs (QUALU1, QUALU2).
25 zeigt eine beispielhafte symbolische horizontale Anordnung eines Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG) mit vier QuantenALUs (QUALU1, QUALU2, QUALU3, QUALU4).
26 zeigt eine beispielhafte symbolische horizontale Anordnung eines Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG) mit vier QuantenALUs (QUALU11, QUALU12, QUALU13, QUALU23) über Eck.
27 zeigt eine beispielhafte symbolische horizontale Anordnung eines Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG) mit fünf QuantenALUs (QUALU11, QUALU12, QUALU13, QUALU14, QUALU23) als Verzweigung.
28 zeigt eine beispielhafte symbolische horizontale Anordnung eines Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG) mit acht QuantenALUs (QUALU11, QUALU12, QUALU13, QUALU21, QUALU23, QUALU31, QUALU32, QUALU33,) als Ring.

Beschreibung der Figuren
Figur 1
Die 1 zeigt ein beispielhaftes Quantenbit (QUB). Das Substrat (D), das bevorzugt ein Diamant ist, besitzt eine Unterseite (US). Eine epitaktische Schicht (DEPI) ist zur Verbesserung der elektronischen Eigenschaften auf dem Substrat (D) aufgebracht. Das Paket aus Substrat (D) und epitaktischer Schicht (DEPI) besitzt eine Oberfläche (OF). Auf der Oberfläche (OF) ist eine horizontale Leitung (LH) aufgebracht, die von einem mit einer horizontalen Modulation modulierten horizontalen elektrischen Strom (IH) durchströmt wird. Die Oberfläche (OF) und die horizontale Leitung (LH) sind von einer Isolation (IS) bedeckt. Ggf. befindet sich eine weitere Isolation zwischen der horizontalen Leitung (LH) und der Oberfläche (OF), um die horizontale Leitung elektrisch zu isolieren. Auf der Isolation (IS) ist eine vertikale Leitung (LV) aufgebracht, die von einem mit einer vertikalen Modulation modulierten vertikalen elektrischen Strom (IV) durchströmt wird. Die horizontale Leitung (LH) und die vertikale Leitung (LV) sind bevorzugt gegeneinander elektrisch isoliert. Bevorzugt ist der Winkel α zwischen der horizontalen Leitung (LH) und der vertikalen Leitung (LV) ein rechter Winkel. Die horizontale Leitung (LH) und die vertikale Leitung (LV) kreuzen sich an dem Durchtrittspunkt (LOTP) einer virtuellen Lot-Linie (LOT) durch die Oberfläche (OF). Bevorzugt befindet sich direkt unter dem Kreuzungspunkt (LOTP) der Quantenpunkt (NV) in einem ersten Abstand (d1) unter der Oberfläche (OF) in der epitaktischen Schicht (DEPI). Ist die vertikale Modulation des vertikalen Stromes (IV) gegenüber der horizontalen Modulation das horizontalen Stromes (IH) um +/- π/2 verschoben, so ergibt sich dann am Ort des Quantenpunkts (NV) ein rotierendes Magnetfeld (B_NV ), das den Quantenpunkt (NV) beeinflusst. Dieses kann zur Manipulation des Quantenpunkts (NV) benutzt werden. Hierbei wird die Frequenz so gewählt, dass der Quantenpunkt (NV) in Resonanz gerät. Die zeitliche Dauer des Pulses bestimmt dann den Drehwinkel der Quanteninformation. Die Polarisationsrichtung bestimmt die Richtung.
2 2 zeigt ein Kernquantenbit (CQUB). Sie entspricht der 1 mit dem Unterschied, dass der Quantenpunkt (NV) der 1. Durch einen Kernquantenpunkt (CI) ersetzt ist.
3 3 zeigt ein beispielhaftes Quantenregister (QUREG) mit einem ersten Quantenbit (QUB1) und einem zweiten Quantenbit (QUB2). Die Quantenbits (QUB1, QUB2) des Quantenregisters (QUREG) besitzen ein gemeinsames Substrat (D) und eine gemeinsame epitaktische Schicht (DEPI). Die horizontale Leitung des ersten Quantenbits (QUB1) ist die horizontale Leitung (LH). Die horizontale Leitung des zweiten Quantenbits (QUB2) ist in diesem Beispiel ebenfalls die horizontale Leitung (LH). Die vertikale Leitung des ersten Quantenbits (QUB1) ist die erste vertikale Leitung (LV1). Die vertikale Leitung des zweiten Quantenbits (QUB2) ist die zweite vertikale Leitung (LV2). Die horizontale Leitung (LH) und die erste vertikale Leitung (LV1) kreuzen bevorzugt oberhalb des ersten Quantenpunkts (NV1), der bevorzugt in einem ersten Abstand (d1) unter der Oberfläche liegt, in einem bevorzugt rechten Winkel (α11). Die horizontale Leitung (LH) und die zweite vertikale Leitung (LV2) kreuzen bevorzugt oberhalb des zweiten Quantenpunkts (NV2), der bevorzugt in einem zweiten Abstand (d2) unter der Oberfläche liegt, in einem bevorzugt rechten Winkel (α12). Bevorzugt sind der erste Abstand (d1) und der zweite Abstand (d2) ähnlich zueinander. Bei NV-Zentren in Diamant liegen diese Abstände (d1, d2) bevorzugt bei 10nm bis 20nm. Die horizontale Leitung (LH) wird durch einen mit einer horizontalen Modulation modulierten horizontalen Strom (IH) durchströmt. Die erste vertikale Leitung (LV1) wird durch einen mit einer ersten vertikalen Modulation modulierten ersten vertikalen Strom (IV1) durchströmt. Die zweite vertikale Leitung (LV2) wird durch einen mit einer zweiten vertikalen Modulation modulierten zweiten vertikalen Strom (IV2) durchströmt. Der erste Quantenpunkt (NV1) ist vom zweiten Quantenpunkt (NV2) mit einem Abstand (sp12) beabstandet.
4 4 zeigt ein beispielhaftes Kern-Kern-Quantenregister (CCQUREG) mit einem ersten Kernquantenbit (CQUB1) und einem zweiten Kernquantenbit (CQUB2). Die 4 entspricht der 3 mit dem Unterschied, dass der erste Quantenpunkt (NV1) durch einen ersten Kernquantenpunkt (CI1) ersetzt ist und dass der zweite Quantenpunkt (NV2) durch einen zweiten Kernquantenpunkt (CI2) ersetzt ist. Der erste Kernquantenpunkt (CI1) ist vom zweiten Kernquantenpunkt (CI2) mit einem Abstand (sp12') beabstandet.
5 5 zeigt ein beispielhaftes Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG). Es entspricht weitestgehend einer Kombination der 1 und 2. Verglichen mit 1 ist der Quantenpunkt (NV) der 1 nun durch die Kombination aus einem Quantenpunkt (NV) und einem Kernquantenpunkt (CI) ersetzt. Diese Kombination ist gleichzeitig die einfachste Form einer QuantenALU (QUALU). Der Quantenpunkt (NV) befindet sich dabei in einem Abstand (d1) unter der Oberfläche (OF) im Substrat (D) oder der epitaktischen Schicht (DEPI). Der Kernquantenpunkt (NV) befindet sich dabei in einem Abstand (d1') unter der Oberfläche (OF) im Substrat (D) oder der epitaktischen Schicht (DEPI). Die Abstände (d1, d1') sind bevorzugt annähernd gleich.
6 6 zeigt ein beispielhaftes Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG). Es entspricht weitestgehend einer Kombination der 3 und 4 und 5. Verglichen mit 3 sind der Quantenpunkte (NV1, NV2) der 6 nun jeweils durch eine Kombination aus einem Quantenpunkt (NV) und einem Kernquantenpunkt (CI) ersetzt. Dies ist die einfachste Form eines Quantenbusses (QUBUS) mit einer ersten QuantenALU (NV1, CI1) und einer zweiten QuantenALU (NV2, CI2). Dabei können der erste Kernquantenpunkt (CI1) und der zweite Kernquantenpunkt (CI2) mit Hilfe des ersten Quantenpunktes (NV1) und des zweiten Quantenpunkts (NV2) miteinander verschränkt werden. Dabei dienen der erste Quantenpunkt (NV1) und der zweite Quantenpunkt (NV2) bevorzugt dem Transport der Abhängigkeit und der erste Kernquantenpunkt (CI1) und der zweite Kernquantenpunkt (CI2) den Berechnungen und der Speicherung. Ausgenutzt wird hierbei, dass die Reichweite der Kopplung der Quantenpunkte (NV1, NV2) untereinander größer ist als die Reichweite der Kernquantenpunkte (CI1, CI2) untereinander und dass die T2-Zeit der Kernquantenpunkte (CI1, CI2) länger ist als die der Quantenpunkte (NV1, NV2).
7 7 zeigt das beispielhafte Quantenregister (QUREG) der 3 mit einer zweiten vertikalen Abschirmleitung (SV2). Diese technische Lehre kann ggf. auch auf die Register der 4 und 6 angewendet werden. Die Abschirmleitung ermöglicht die Einspeisung eines weiteren Stromes zur Verbesserung der Selektion der Quantenpunkte während der Ausführung der Operationen durch Bestromung der vertikalen und horizontalen Leitungen.
8 8 zeigt ein beispielhaftes Quantenregister (QUREG) mit einer zweiten vertikalen Abschirmleitung (SV2) und mit einer ersten vertikalen Abschirmleitung (SV1) mit einer dritten vertikalen Abschirmleitung (SV3). Diese technische Lehre kann ggf. auch auf die Register der 4 und 6 angewendet werden. Die zusätzlichen Abschirmleitungen ermöglichen die Einspeisung weiterer Stromes zur Verbesserung der Selektion der Quantenpunkte während der Ausführung der Operationen durch Bestromung der vertikalen und horizontalen Leitungen. Die beiden zusätzlichen Leitungen ermöglichen eine noch bessere Einstellung.
9 9 zeigt ein beispielhaftes Quantenbit (QUB) mit beispielhaften Kontakten (KHa, KHb, KVa) zum elektrischen Auslesen der Photoelektronen und eine symbolische Darstellung des Quantenbits (QUB). Die symbolische Darstellung zeigt den Quantenpunkt als Kreis in der Mitte und die horizontale Leitung (LH) als horizontalen Strich und die vertikale Leitung (LV) als vertikalen Strich. Diese beispielhafte symbolische Darstellung wird im Folgenden zur Verdeutlichung der Konstruktion komplexerer Zusammenschaltungen von Quantenbits, Kernquantenbits und QuantenAlus verwendet.
10 10 zeigt die beispielhafte symbolische Darstellung eines beispielhaften eindimensionalen Quantenregisters (QREG1D) mit drei Quantenbits (QUB1, QUB2, QUB3).
Das erste Quantenbit (QUB1) des beispielhaften eindimensionalen Quantenregisters (QREG1D) umfasst die erste horizontale Leitung (LH1) und die erste vertikale Leitung (LV1) sowie den ersten Quantenpunkt der ersten Reiher und ersten Spalte (NV11).
Das zweite Quantenbit (QUB2) des beispielhaften eindimensionalen Quantenregisters (QREG1D) umfasst die erste horizontale Leitung (LH1) und die zweite vertikale Leitung (LV2) sowie den zweiten Quantenpunkt der zweiten Spalte und ersten Reihe (NV21).
Das dritte Quantenbit (QUB3) des beispielhaften eindimensionalen Quantenregisters (QREG1D) umfasst die erste horizontale Leitung (LH1) und die dritte vertikale Leitung (LV3) sowie den dritten Quantenpunkt der dritten Spalte und ersten Reihe (NV31).
Die erste horizontale Leitung (LH1) wird mit einem ersten horizontalen Strom (IH1) bestromt.
Die erste vertikale Leitung (LV1) wird mit einem ersten vertikalen Strom (IV1) bestromt.
Die zweite vertikale Leitung (LV2) wird mit einem zweiten vertikalen Strom (IV2) bestromt.
Die dritte vertikale Leitung (LV3) wird mit einem dritten vertikalen Strom (IV3) bestromt.
11 11 zeigt die beispielhafte symbolische Darstellung eines beispielhaften eindimensionalen Kernquantenregisters (CCQREG1D) mit drei Kernquantenbits (CQUB1, CQUB2, CQUB3).
Das erste Kernquantenbit (CQUB1) des beispielhaften eindimensionalen Kernquantenregisters (CCQREG1D) umfasst die erste horizontale Leitung (LH1) und die erste vertikale Leitung (LV1) sowie den ersten Kernquantenpunkt der ersten Reihe und ersten Spalte (CI11).
Das zweite Kernquantenbit (CQUB2) des beispielhaften eindimensionalen Kernquantenregisters (CCQREG1D) umfasst die erste horizontale Leitung (LH1) und die zweite vertikale Leitung (LV2) sowie den zweiten Kernquantenpunkt der zweiten Spalte und ersten Reihe (CI21).
Das dritte Kernquantenbit (CQUB3) des beispielhaften eindimensionalen Kernquantenregisters (CCQREG1D) umfasst die erste horizontale Leitung (LH1) und die dritte vertikale Leitung (LV3) sowie den dritten Kernquantenpunkt der dritten Spalte und ersten Reihe (CI31).
Die erste horizontale Leitung (LH1) wird mit einem ersten horizontalen Strom (IH1) bestromt.
Die erste vertikale Leitung (LV1) wird mit einem ersten vertikalen Strom (IV1) bestromt.
Die zweite vertikale Leitung (LV2) wird mit einem zweiten vertikalen Strom (IV2) bestromt.
Die dritte vertikale Leitung (LV3) wird mit einem dritten vertikalen Strom (IV3) bestromt.
12 12 zeigt die beispielhafte symbolische Darstellung eines beispielhaften zweidimensionalen Quantenregisters (QREG2D) mit drei mal drei Quantenbits (QUB11, QUB12, QUB13, QUB21, QUB22, QUB23, QUB31, QUB32, QUB33) und zugehörigen drei mal drei Quantenpunkten (NV11, NV12, NV13, NV21, NV22, NV23, NV31, NV32, NV33).
Das Quantenbit (QUB11) des beispielhaften eindimensionalen Quantenregisters (QREG1D) in der ersten Reihe und ersten Spalte umfasst die erste horizontale Leitung (LH1) und die erste vertikale Leitung (LV1) sowie den Quantenpunkt der ersten Reihe und ersten Spalte (NV11).
Das Quantenbit (QUB12) des beispielhaften eindimensionalen Quantenregisters (QREG1D) in der ersten Reihe und zweiten Spalte umfasst die erste horizontale Leitung (LH1) und die zweite vertikale Leitung (LV2) sowie den Quantenpunkt der ersten Reihe und zweiten Spalte (NV12).
Das Quantenbit (QUB13) des beispielhaften eindimensionalen Quantenregisters (QREG1D) in der ersten Reihe und dritten Spalte umfasst die erste horizontale Leitung (LH1) und die dritte vertikale Leitung (LV3) sowie den Quantenpunkt der ersten Reihe und dritten Spalte (NV13).
Das Quantenbit (QUB21) des beispielhaften eindimensionalen Quantenregisters (QREG1D) in der zweiten Reihe und ersten Spalte umfasst die zweite horizontale Leitung (LH2) und die erste vertikale Leitung (LV1) sowie den Quantenpunkt der zweiten Reihe und ersten Spalte (NV21).
Das Quantenbit (QUB22) des beispielhaften eindimensionalen Quantenregisters (QREG1D) in der zweiten Reihe und zweiten Spalte umfasst die zweite horizontale Leitung (LH2) und die zweite vertikale Leitung (LV2) sowie den Quantenpunkt der zweiten Reihe und zweiten Spalte (NV22).
Das Quantenbit (QUB23) des beispielhaften eindimensionalen Quantenregisters (QREG1D) in der zweiten Reihe und dritten Spalte umfasst die zweite horizontale Leitung (LH2) und die dritte vertikale Leitung (LV3) sowie den Quantenpunkt der zweiten Reihe und dritten Spalte (NV23).
Das Quantenbit (QUB31) des beispielhaften eindimensionalen Quantenregisters (QREG1D) in der dritten Reihe und ersten Spalte umfasst die dritte horizontale Leitung (LH3) und die erste vertikale Leitung (LV1) sowie den Quantenpunkt der dritten Reihe und ersten Spalte (NV31).
Das Quantenbit (QUB32) des beispielhaften eindimensionalen Quantenregisters (QREG1D) in der dritten Reihe und zweiten Spalte umfasst die dritte horizontale Leitung (LH3) und die zweite vertikale Leitung (LV2) sowie den Quantenpunkt der dritten Reihe und zweiten Spalte (NV32).
Das Quantenbit (QUB33) des beispielhaften eindimensionalen Quantenregisters (QREG1D) in der dritten Reihe und dritten Spalte umfasst die dritte horizontale Leitung (LH3) und die dritte vertikale Leitung (LV3) sowie den Quantenpunkt der dritten Reihe und dritten Spalte (NV33).
Die erste horizontale Leitung (LH1) wird mit einem ersten horizontalen Strom (IH1) bestromt.
Die zweite horizontale Leitung (LH2) wird mit einem zweiten horizontalen Strom (IH2) bestromt.
Die dritte horizontale Leitung (LH3) wird mit einem dritten horizontalen Strom (IH3) bestromt.
Die erste vertikale Leitung (LV1) wird mit einem ersten vertikalen Strom (IV1) bestromt.
Die zweite vertikale Leitung (LV2) wird mit einem zweiten vertikalen Strom (IV2) bestromt.
Die dritte vertikale Leitung (LV3) wird mit einem dritten vertikalen Strom (IV3) bestromt.
13 13 zeigt die symbolische Darstellung eines zweidimensionalen Kernquantenregisters (CCQREG2D) mit drei mal drei Kernquantenbits (CQUB11, CQUB12, CQUB13, CQUB21, CQUB22, CQUB23, CQUB31, CQUB32, CQUB33) und entsprechenden drei mal drei Kernquantenpunkten (CI11, CI12, CI13, CI21, CI22, CI23, CI31, CI32, CI33).
Das Kernquantenbit (CQUB11) des beispielhaften eindimensionalen Kernquantenregisters (CCQREG2D) in der ersten Reihe und ersten Spalte umfasst die erste horizontale Leitung (LH1) und die erste vertikale Leitung (LV1) sowie den Kernquantenpunkt der ersten Reihe und ersten Spalte (CI11).
Das Kernquantenbit (CQUB12) des beispielhaften eindimensionalen Kernquantenregisters (CCQREG2D) in der ersten Reihe und zweiten Spalte umfasst die erste horizontale Leitung (LH1) und die zweite vertikale Leitung (LV2) sowie den Kernquantenpunkt der ersten Reihe und zweiten Spalte (CI12).
Das Kernquantenbit (CQUB13) des beispielhaften eindimensionalen Kernquantenregisters (CCQREG2D) in der ersten Reihe und dritten Spalte umfasst die erste horizontale Leitung (LH1) und die dritte vertikale Leitung (LV3) sowie den Kernquantenpunkt der ersten Reihe und dritten Spalte (CI13).
Das Kernquantenbit (CQUB21) des beispielhaften eindimensionalen Kernquantenregisters (CCQREG2D) in der zweiten Reihe und ersten Spalte umfasst die zweite horizontale Leitung (LH2) und die erste vertikale Leitung (LV1) sowie den Kernquantenpunkt der zweiten Reihe und ersten Spalte (CI21).
Das Kernquantenbit (CQUB22) des beispielhaften eindimensionalen Kernquantenregisters (CCQREG2D) in der zweiten Reihe und zweiten Spalte umfasst die zweite horizontale Leitung (LH2) und die zweite vertikale Leitung (LV2) sowie den Kernquantenpunkt der zweiten Reihe und zweiten Spalte (CI22).
Das Kernquantenbit (CQUB23) des beispielhaften eindimensionalen Kernquantenregisters (CCQREG2D) in der zweiten Reihe und dritten Spalte umfasst die zweite horizontale Leitung (LH2) und die dritte vertikale Leitung (LV3) sowie den Kernquantenpunkt der zweiten Reihe und dritten Spalte (CI23).
Das Kernquantenbit (CQUB31) des beispielhaften eindimensionalen Kernquantenregisters (CCQREG2D) in der dritten Reihe und ersten Spalte umfasst die dritte horizontale Leitung (LH3) und die erste vertikale Leitung (LV1) sowie den Kernquantenpunkt der dritten Reihe und ersten Spalte (CI31).
Das Kernquantenbit (QUB32) des beispielhaften eindimensionalen Kernquantenregisters (CCQREG2D) in der dritten Reihe und zweiten Spalte umfasst die dritte horizontale Leitung (LH3) und die zweite vertikale Leitung (LV2) sowie den Kernquantenpunkt der dritten Reihe und zweiten Spalte (CI32).
Das Kernquantenbit (CQUB33) des beispielhaften eindimensionalen Kernquantenregisters (CCQREG2D) in der dritten Reihe und dritten Spalte umfasst die dritte horizontale Leitung (LH3) und die dritte vertikale Leitung (LV3) sowie den Kernquantenpunkt der dritten Reihe und dritten Spalte (CI33).
Die erste horizontale Leitung (LH1) wird mit einem ersten horizontalen Strom (IH1) bestromt.
Die zweite horizontale Leitung (LH2) wird mit einem zweiten horizontalen Strom (IH2) bestromt.
Die dritte horizontale Leitung (LH3) wird mit einem dritten horizontalen Strom (IH3) bestromt.
Die erste vertikale Leitung (LV1) wird mit einem ersten vertikalen Strom (IV1) bestromt.
Die zweite vertikale Leitung (LV2) wird mit einem zweiten vertikalen Strom (IV2) bestromt.
Die dritte vertikale Leitung (LV3) wird mit einem dritten vertikalen Strom (IV3) bestromt.
14 14 zeigt einen beispielhaften zeitlichen Amplitudenverlauf der horizontalen Stromkomponente des horizontalen Stromes (IH) und der vertikalen Stromkomponente des vertikalen Stromes (IV) in Abhängigkeit von der Zeit (t) mit einer Phasenverschiebung von +/- π/2 zur Erzeugung eines zirkular polarisierten elektromagnetischen Feldes am Ort des Quantenpunkts (NV) bzw. des Kernquantenpunkts (CI).
Figur 15 und 16
15 und 16 dienen der Veranschaulichung einer optimalen Bestromung. Zunächst wird hier auf 15 eingegangen. Am Beispiel eines Quantenbits (QUB) mit einer ersten vertikalen Abschirmleitung (SV1) und einer zweiten vertikalen Abschirmleitung (SV2) wird das Prinzip dargestellt. Die Zeichnung entspricht im Wesentlichen der 9. Zusätzlich sind eine erste vertikale Abschirmleitung (SV1) und eine zweite vertikale Abschirmleitung (SV2) und eine erste horizontale Abschirmleitung (SH1) eingezeichnet. Parallel zu einem ersten Lot (LOT) durch den Quantenpunkt (NV) können eine erste weitere Lot-Line (VLOT1) und eine zweite weitere Lot-Linie (VLOT2) durch die jeweiligen Kreuzungspunkte der entsprechenden vertikalen Abschirmleitungen (SV1, SV2) mit der horizontalen Leitung (LH) gezeichnet werden. In dem Abstand (d1) des Quantenpunkts (NV) von der Oberfläche (OF) können dann ein erster virtueller vertikaler Quantenpunkt (VVNV1) und ein zweiter virtueller Quantenpunkt (VVNV2) definiert werden. Der erste vertikale elektrische Abschirmstrom (ISV1) durch die erste vertikale Abschirmleitung (SV1) und der zweite vertikale elektrische Abschirmstrom (ISV2) durch die zweite vertikale Abschirmleitung (SV2) und der erste horizontale elektrische Abschirmstrom (ISH1) durch die erste horizontale Abschirmleitung (SH1) und der nicht eingezeichnete zweite horizontale elektrische Abschirmstrom (ISH2) durch die nicht eingezeichnete zweite horizontale Abschirmleitung (SH2) sowie der horizontale Strom (IH) durch die horizontale Leitung (IH) und der vertikale Strom (IV) durch die vertikale Leitung ergeben zusammen sechs Parameter, die frei gewählt werden können. Nun kann die Flussdichte (B_NV ) des zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfelds zur Manipulation des Quantenpunkts (NV) am Ort des Quantenpunkts (NV) vorgegeben werden und verlangt werden, dass die erste virtuelle horizontale magnetische Flussdichte (B_VHNV1 ) am Ort des ersten virtuellen horizontalen Quantenpunkts (VHNV1) und die zweite virtuelle horizontale magnetische Flussdichte (B_VHNV2 ) am Ort des zweiten virtuellen horizontalen Quantenpunkts (VHNV2) und die erste virtuelle vertikale magnetische Flussdichte (B_VVNV) am Ort des ersten virtuellen vertikalen Quantenpunkts (VVNV1) und die zweite virtuelle vertikale magnetische Flussdichte (B_VVNV2 ) am Ort des zweiten virtuellen vertikalen Quantenpunkts (VVNV2) verschwinden. Der erste virtuelle horizontale Quantenpunkt (VHNV1) und der zweite virtuelle horizontale Quantenpunkt (VHNV2) sind in der Figur nicht eingezeichnet, da die Figur einen Querschnitt darstellt und für die Sichtbarkeit die Schnittfläche um 90° um die LOT-Achse gedreht werden muss. 16 stellt diesen Schnitt dar. 16 dient der Veranschaulichung einer optimalen Bestromung am Beispiels eines Quantenbits (QUB) mit einer ersten horizontalen Abschirmleitung (SH1) und einer zweiten horizontalen Abschirmleitung (SH2). Durch diese ausgewogene Bestromung kann das unbeabsichtigte Ansprechen von Quantenpunkten minimiert werden.
17 17 zeigt die symbolische Darstellung eines drei Bit Quantenregisters oder Kernquantenregisters mit vier horizontalen Abschirmleitungen (SH1, SH2, SH3, SH4) und zwei vertikalen Abschirmleitungen (SV1, SV2) und mit einer gemeinsamen ersten vertikalen Ansteuerleitung (LV1) und mit drei horizontalen Leitungen (LH1, LH2, LH3).
Die erste horizontale Abschirmleitung (SH1) wird mit dem ersten horizontalen Abschirmstrom (ISH1), der durch die erste horizontale Abschirmleitung (SH1) fließt, bestromt.
Die zweite horizontale Abschirmleitung (SH2) wird mit dem zweiten horizontalen Abschirmstrom (ISH2), der durch die zweite horizontale Abschirmleitung (SH1) fließt, bestromt.
Die dritte horizontale Abschirmleitung (SH3) wird mit dem dritten horizontalen Abschirmstrom (ISH3), der durch die dritte horizontale Abschirmleitung (SH3) fließt, bestromt.
Die vierte horizontale Abschirmleitung (SH4) wird mit dem vierten horizontalen Abschirmstrom (ISH4), der durch die vierte horizontale Abschirmleitung (SH4) fließt, bestromt.
Die erste vertikale Abschirmleitung (SV1) wird mit dem ersten vertikalen Abschirmstrom (ISV1), der durch die erste vertikale Abschirmleitung (SV1) fließt, bestromt.
Die zweite vertikale Abschirmleitung (SV2) wird mit dem zweiten vertikalen Abschirmstrom (ISV2), der durch die zweite vertikale Abschirmleitung (SV2) fließt, bestromt.
Die erste horizontale Leitung (LH1) wird mit dem ersten horizontalen Strom (IH1), der durch die erste horizontale Leitung (LH1) fließt, bestromt.
Die zweite horizontale Leitung (LH2) wird mit dem zweiten horizontalen Strom (IH2), der durch die zweite horizontale Leitung (LH2) fließt, bestromt.
Die dritte horizontale Leitung (LH3) wird mit dem dritten horizontalen Strom (IH3), der durch die dritte horizontale Leitung (LH3) fließt, bestromt.
Die erste vertikale Leitung (LV1) wird mit dem ersten vertikalen Strom (IV1), der durch die erste vertikale Leitung (LV1) fließt, bestromt.
Wie leicht erkennbar ist, werden drei Szenarien benötigt, die sicherstellen, dass immer nur ein Quantenpunkt bestromt wird.
Wir nehmen zuerst an, dass es sich um Quantenbits (QUB1, QUB2, QUB3) mit drei Quantenpunkten (NV1, NV2, NV3) handelt.
Im ersten Szenario A werden die vertikalen Abschirmströme (ISV1, ISV2) und die horizontalen Abschirmströme (ISH1, ISH2, ISH3, ISH4) und der erste vertikale Strom (IV1) und die horizontalen Ströme (IH1, IH2, IH3) so gewählt, dass die Flussdichte (B_NV1 ) des zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfelds zur Manipulation des ersten Quantenpunkts (NV1) am Ort des ersten Quantenpunkts (NV1) von Null verschieden ist und die Flussdichte (B_NV2 ) des zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfelds zur Manipulation des zweiten Quantenpunkts (NV2) am Ort des zweiten Quantenpunkts (NV2) gleich oder nahezu gleich Null ist und die Flussdichte (B_NV3 ) des zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfelds zur Manipulation des dritten Quantenpunkts (NV3) am Ort des dritten Quantenpunkts (NV3) gleich Null oder nahezu Null ist.
Im zweiten Szenario B werden die vertikalen Abschirmströme (ISV1, ISV2) und die horizontalen Abschirmströme (ISH1, ISH2, ISH3, ISH4) und der erste vertikale Strom (IV1) und die horizontalen Ströme (IH1, IH2, IH3) so gewählt, dass die Flussdichte (B_NV1 ) des zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfelds zur Manipulation des ersten Quantenpunkts (NV1) am Ort des ersten Quantenpunkts (NV1) gleich Null oder nahezu Null ist und die Flussdichte (B_NV2 ) des zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfelds zur Manipulation des zweiten Quantenpunkts (NV2) am Ort des zweiten Quantenpunkts (NV2) von Null verschieden ist und die Flussdichte (B_NV3 ) des zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfelds zur Manipulation des dritten Quantenpunkts (NV3) am Ort des dritten Quantenpunkts (NV3) gleich Null oder nahezu Null ist.
Im dritten Szenario C werden die vertikalen Abschirmströme (ISV1, ISV2) und die horizontalen Abschirmströme (ISH1, ISH2, ISH3, ISH4) und der erste vertikale Strom (IV1) und die horizontalen Ströme (IH1, IH2, IH3) so gewählt, dass die Flussdichte (B_NV1 ) des zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfelds zur Manipulation des ersten Quantenpunkts (NV1) am Ort des ersten Quantenpunkts (NV1) gleich Null oder nahezu Null ist und die Flussdichte (B_NV2 ) des zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfelds zur Manipulation des zweiten Quantenpunkts (NV2) am Ort des zweiten Quantenpunkts (NV2) gleich Null oder nahezu Null ist und die Flussdichte (B_NV3 ) des zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfelds zur Manipulation des dritten Quantenpunkts (NV3) am Ort des dritten Quantenpunkts (NV3) von Null verschieden ist.
Offensichtlich kann dann mit dem Szenario A das erste Quantenbit (QUB1) mit dem ersten Quantenpunkt (NV1) selektiert und manipuliert werden, ohne die anderen Quantenbits (QUB2, QUB3) mit den anderen Quantenpunkten (NV2, NV3) zu beeinflussen.
Offensichtlich kann dann mit dem Szenario B das zweite Quantenbit (QUB2) mit dem zweiten Quantenpunkt (NV2) selektiert und manipuliert werden, ohne die anderen Quantenbits (QUB1, QUB3) mit den anderen Quantenpunkten (NV1, NV3) zu beeinflussen.
Offensichtlich kann dann mit dem Szenario C das dritte Quantenbit (QUB3) mit dem dritten Quantenpunkt (NV3) selektiert und manipuliert werden, ohne die anderen Quantenbits (QUB1, QUB2) mit den anderen Quantenpunkten (NV1, NV2) zu beeinflussen.
Dieses Szenario kann für lineare Quantenregister wie in 17 für beliebig lange Quantenregister mit mehr als 3 Quantenbits beliebig erweitert werden.
Nun stellen wir uns vor, dass die Punkte in 17 nicht Quantenpunkte, sondern Kernquantenpunkte sind.
Wir nehmen zuerst an, dass es sich um Kernquantenbits (CQUB1, CQUB2, CQUB3) mit drei Kernquantenpunkten (CI1, CI2, CI3) handelt.
Im ersten Szenario A werden die vertikalen Abschirmströme (ISV1, ISV2) und die horizontalen Abschirmströme (ISH1, ISH2, ISH3, ISH4) und der erste vertikale Strom (IV1) und die horizontalen Ströme (IH1, IH2, IH3) so gewählt, dass die Flussdichte (B_CI1 ) des zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfelds zur Manipulation des ersten Kernquantenpunkts (CI1) am Ort des ersten Kernquantenpunkts (CI1) von Null verschieden ist und die Flussdichte (B_CI2 ) des zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfelds zur Manipulation des zweiten Kernquantenpunkts (CI2) am Ort des zweiten Kernquantenpunkts (CI2) gleich oder nahezu gleich Null ist und die Flussdichte (B_CI3 ) des zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfelds zur Manipulation des dritten Kernquantenpunkts (CI3) am Ort des dritten Kernquantenpunkts (CI3) gleich Null oder nahezu Null ist.
Im zweiten Szenario B werden die vertikalen Abschirmströme (ISV1, ISV2) und die horizontalen Abschirmströme (ISH1, ISH2, ISH3, ISH4) und der erste vertikale Strom (IV1) und die horizontalen Ströme (IH1, IH2, IH3) so gewählt, dass die Flussdichte (B_CI1 ) des zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfelds zur Manipulation des ersten Kernquantenpunkts (CI1) am Ort des ersten Kernquantenpunkts (CI1) gleich Null oder nahezu Null ist und die Flussdichte (B_CI2 ) des zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfelds zur Manipulation des zweiten Kernquantenpunkts (CI2) am Ort des zweiten Kernquantenpunkts (CI2) von Null verschieden ist und die Flussdichte (B_CI3 ) des zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfelds zur Manipulation des dritten Kernquantenpunkts (CI3) am Ort des dritten Kernquantenpunkts (CI3) gleich Null oder nahezu Null ist.
Im dritten Szenario C werden die vertikalen Abschirmströme (ISV1, ISV2) und die horizontalen Abschirmströme (ISH1, ISH2, ISH3, ISH4) und der erste vertikale Strom (IV1) und die horizontalen Ströme (IH1, IH2, IH3) so gewählt, dass die Flussdichte (B_CI1 ) des zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfelds zur Manipulation des ersten Kernquantenpunkts (CI1) am Ort des ersten Kernquantenpunkts (CI1) gleich Null oder nahezu Null ist und die Flussdichte (B_CI2 ) des zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfelds zur Manipulation des zweiten Kernquantenpunkts (CI2) am Ort des zweiten Kernquantenpunkts (CI2) gleich Null oder nahezu Null ist und die Flussdichte (B_CI3 ) des zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfelds zur Manipulation des dritten Kernquantenpunkts (CI3) am Ort des dritten Kernquantenpunkts (CI3) von Null verschieden ist.
Offensichtlich kann dann mit dem Szenario A das erste Kernquantenbit (CQUB1) mit dem ersten Kernquantenpunkt (CI1) selektiert und manipuliert werden, ohne die anderen Kernquantenbits (CQUB2, CQUB3) mit den anderen Kernquantenpunkten (CI2, CI3) zu beeinflussen.
Offensichtlich kann dann mit dem Szenario B das zweite Kernquantenbit (CQUB2) mit dem zweiten Kernquantenpunkt (CI2) selektiert und manipuliert werden, ohne die anderen Kernquantenbits (CQUB1, CQUB3) mit den anderen Kernquantenpunkten (CI1, CI3) zu beeinflussen.
Offensichtlich kann dann mit dem Szenario C das dritte Kernquantenbit (CQUB3) mit dem dritten Kernquantenpunkt (CI3) selektiert und manipuliert werden, ohne die anderen Kernquantenbits (CCQUB2) mit den anderen Kernquantenpunkten (CI1, CI2) zu beeinflussen.
Dieses Szenario kann für lineare Kernquantenregister wie in 17 für beliebig lange Kernquantenregister mit mehr als 3 Kernquantenbits beliebig erweitert werden.
Wie leicht erkennbar ist, können 10 Ströme frei gewählt werden. Es müssen aber nur drei magnetische Flussdichten bestimmt werden. Daher ist das System mit sehr vielen Freiheitsgraden versehen. Es können also theoretisch die Abschirmleitungen (SH1, SH2, SH3, SH4, SV1, SV2) bei einem solchen Szenario weggelassen werden. Sofern mehr als zwei Metallisierungslagen vorgesehen werden, ist es sinnvoll, wenn einige Abschirmleitungen in einem anderen Winkel als 0° oder 90° über die Quantenpunkte geführt werden, um lokal das Magnetfeld durch die gemeinsame vertikale Leitung (LV1) kompensieren zu können.
18 18 zeigt die symbolische Darstellung eines zweidimensionalen drei x drei Bit Quantenregisters oder Kernquantenregisters mit Abschirmleitungen und Kontakten zum Auslesen der Photoelektronen.
Die Vorrichtung weist vier horizontalen Abschirmleitungen (SH1, SH2, SH3, SH4) und vier vertikalen Abschirmleitungen (SV1, SV2, SV3, SV4) und mit drei vertikalen Ansteuerleitungen (LV1, LV2, LV3) und mit drei horizontalen Leitungen (LH1, LH2, LH3) auf.
Die erste horizontale Abschirmleitung (SH1) wird mit dem ersten horizontalen Abschirmstrom (ISH1), der durch die erste horizontale Abschirmleitung (SH1) fließt, bestromt.
Die zweite horizontale Abschirmleitung (SH2) wird mit dem zweiten horizontalen Abschirmstrom (ISH2), der durch die zweite horizontale Abschirmleitung (SH1) fließt, bestromt.
Die dritte horizontale Abschirmleitung (SH3) wird mit dem dritten horizontalen Abschirmstrom (ISH3), der durch die dritte horizontale Abschirmleitung (SH3) fließt, bestromt.
Die vierte horizontale Abschirmleitung (SH4) wird mit dem vierten horizontalen Abschirmstrom (ISH4), der durch die vierte horizontale Abschirmleitung (SH4) fließt, bestromt.
Die erste vertikale Abschirmleitung (SV1) wird mit dem ersten vertikalen Abschirmstrom (ISV1), der durch die erste vertikale Abschirmleitung (SV1) fließt, bestromt.
Die zweite vertikale Abschirmleitung (SV2) wird mit dem zweiten vertikalen Abschirmstrom (ISV2), der durch die zweite vertikale Abschirmleitung (SV2) fließt, bestromt.
Die dritte vertikale Abschirmleitung (SV3) wird mit dem dritten vertikalen Abschirmstrom (ISV3), der durch die dritte vertikale Abschirmleitung (SV3) fließt, bestromt.
Die vierte vertikale Abschirmleitung (SV4) wird mit dem vierten vertikalen Abschirmstrom (ISV4), der durch die vierte vertikale Abschirmleitung (SV4) fließt, bestromt.
Die erste horizontale Leitung (LH1) wird mit dem ersten horizontalen Strom (IH1), der durch die erste horizontale Leitung (LH1) fließt, bestromt.
Die zweite horizontale Leitung (LH2) wird mit dem zweiten horizontalen Strom (IH2), der durch die zweite horizontale Leitung (LH2) fließt, bestromt.
Die dritte horizontale Leitung (LH3) wird mit dem dritten horizontalen Strom (IH3), der durch die dritte horizontale Leitung (LH3) fließt, bestromt.
Die erste vertikale Leitung (LV1) wird mit dem ersten vertikalen Strom (IV1), der durch die erste vertikale Leitung (LV1) fließt, bestromt.
Die zweite vertikale Leitung (LV2) wird mit dem zweiten vertikalen Strom (IV2), der durch die zweite vertikale Leitung (LV2) fließt, bestromt.
Die dritte vertikale Leitung (LV3) wird mit dem dritten vertikalen Strom (IV3), der durch die dritte vertikale Leitung (LV3) fließt, bestromt.
Wie leicht zu verstehen ist, bestehen 14 Freiheitsgrade bei 9 Punkten, die zu lösen sind. Bevorzugt sollte das Gitter der Abschrimleitungen um 45° gegen die horizontalen Leitungen und vertikalen Leitungen verdreht werden, was aber einen bei den notwendigen Dimensionen schwierigen Lithografieprozess erfordert.
Figur 19
19 zeigt ein beispielhaftes zwei Bit Quantenregister (QUREG) mit einer gemeinsamen ersten horizontalen Leitung (LH1), mehreren Abschirmleitungen und zwei Quantenpunkten (NV1, NV2). Die 19 entspricht weitestgehend der 8. Nun ist zusätzlich zur Erläuterung des Ausleseprozesses eine erste horizontale Abschrimleitung (SH1) parallel zu der ersten horizontalen Leitung (LH1) eingezeichnet. Da es sich um ein Querschnittsbild handelt ist die entsprechende zweite horizontale Abschirmleitung (SH2) die auf der anderen Seite der ersten horizontalen Leitung (LH1) ebenfalls parallel zu dieser verläuft, nicht eingezeichnet. Durch Kontakte (KV11, KH11, KV12, KH12, KV13) sind die Abschirmleitungen in diesem Beispiel mit dem Substrat verbunden. Wird nun ein Extraktionsfeld zwischen zwei parallellaufende Abschirmleitungen durch Anlegen einer Extraktionsspannung zwischen diesen angelegt, so kommt es zu einem messbaren Stromfluss, wenn die Quantenpunkte (NV1, NV2) mit grünem Licht bestrahlt werden und diese sich im richtigen Quantenzustand befinden. Weiteres kann in Petr Siyushev, Milos Nesladek, Emilie Bourgeois, Michal Gulka, Jaroslav Hruby, Takashi Yamamoto, Michael Trupke, Tokuyuki Teraji, Junichi Isoya, Fedor Jelezko, „Photoelectrical imaging and coherent spin-state readout of single nitrogen-vacancy centers in diamond", Science 363, 728-731 (2019) 15 February 2019 gefunden werden.
Besonders bevorzugt wird diese Konstruktion in linearen Vorrichtungen, wie beispielsweise die der 10, eingesetzt.
Figur 20
20 entspricht der 19 mit dem Unterschied, dass nun die Quantenpunkte (NV1, NV2) jeweils Teil mehrerer Kern-Elektron-Quantenregister sind. Jeder Quantenpunkt (NV1, NV2) ist in dem Beispiel der 20 Teil einer QuantenALU (QUALU1, QUALU2).
Der erste Quantenpunkt (NV1) der ersten QuantenALU (QUALU1) kann im Beispiel der 20 mit einem ersten Kernquantenpunkt (CI1₁ ) der ersten QuantenALU (QUALU1) wechselwirken, wenn die erste vertikale Leitung (LV1) und die erste horizontale Leitung (LH1) mit einem ersten vertikalen Strom (IV1) und einem ersten horizontalen Strom (IH1) bestromt werden, die mit einer ersten Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_{RWEC1_1} ) für die erste QuantenALU (QUALU1) oder einer ersten Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_{MWCE1_1} ) für die erste QuantenALU (QUALU1) moduliert sind. Diese erste Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_{RWEC1_1} ) für die erste QuantenALU (QUALU1) und diese erste Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_{MWCE1_1} ) für die erste QuantenALU (QUALU1) werden bevorzugt in einem Initialisierungsschritt einmalig durch eine OMDR Messung gemessen. Die Messwerte werden in einem Speicher des Steuerrechners (µC) abgelegt, die dieser abruft, wenn das entsprechende Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) angesteuert werden soll. Der Steuerrechner (µC) stellt dann die Frequenzen entsprechend ein.
Der erste Quantenpunkt (NV1) der ersten QuantenALU (QUALU1) kann in dem Beispiel der 20 mit einem zweiten Kernquantenpunkt (CI1₂ ) der ersten QuantenALU (QUALU1) wechselwirken, wenn die erste vertikale Leitung (LV1) und die erste horizontale Leitung (LH1) mit einem ersten vertikalen Strom (IV1) und einem ersten horizontalen Strom (IH1) bestromt werden, die mit einer zweiten Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_{RWEC2_1} ) für die erste QuantenALU (QUALU1) oder einer zweiten Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_{MWCE2_1} ) für die erste QuantenALU (QUALU1) moduliert sind. Diese zweite Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_{RWEC2_1} ) für die erste QuantenALU (QUALU1) und diese zweite Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_{MWCE2_1} ) für die erste QuantenALU (QUALU1) werden bevorzugt in dem besagten Initialisierungsschritt einmalig durch eine weitere OMDR Messung gemessen. Die Messwerte werden in einem Speicher des Steuerrechners (µC) abgelegt, die dieser abruft, wenn das entsprechende Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) angesteuert werden soll. Der Steuerrechner (µC) stellt dann die Frequenzen entsprechend ein.
Der erste Quantenpunkt (NV1) der ersten QuantenALU (QUALU1) kann in dem Beispiel der 20 mit einem dritten Kernquantenpunkt (CI1₃ ) der ersten QuantenALU (QUALU1) wechselwirken, wenn die erste vertikale Leitung (LV1) und die erste horizontale Leitung (LH1) mit einem ersten vertikalen Strom (IV1) und einem ersten horizontalen Strom (IH1) bestromt werden, die mit einer dritten Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_{RWEC3_1} ) für die erste QuantenALU (QUALU1) oder einer dritte Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_{MWCE3_1} ) für die erste QuantenALU (QUALU1) moduliert sind. Diese dritte Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_{RWEC3_1} ) für die erste QuantenALU (QUALU1) und diese dritte Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_{MWCE3_1} ) für die erste QuantenALU (QUALU1) werden bevorzugt in dem besagten Initialisierungsschritt einmalig durch eine weitere OMDR Messung gemessen. Die Messwerte werden in einem Speicher des Steuerrechners (µC) abgelegt, die dieser abruft, wenn das entsprechende Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) angesteuert werden soll. Der Steuerrechner (µC) stellt dann die Frequenzen entsprechend ein.
Der zweite Quantenpunkt (NV2) der zweiten QuantenALU (QUALU2) kann Beispiel der 20 mit einem ersten Kernquantenpunkt (CI2₁ ) der zweiten QuantenALU (QUALU2) wechselwirken, wenn die zweite vertikale Leitung (LV2) und die erste horizontale Leitung (LH1) mit einem zweiten vertikalen Strom (IV2) und einem ersten horizontalen Strom (IH1) bestromt werden, die mit einer ersten Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_{RWEC1_2} ) für die zweite QuantenALU (QUALU2) oder einer ersten Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_{MWCE1_2} ) für die zweite QuantenALU (QUALU2) moduliert sind. Diese erste Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_{RWEC1_2} ) für die zweite QuantenALU (QUALU2) und diese erste Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_{MWCE1_2} ) für die zweite QuantenALU (QUALU2) werden bevorzugt in einem Initialisierungsschritt einmalig durch eine OMDR Messung gemessen. Die Messwerte werden in einem Speicher des Steuerrechners (µC) abgelegt, die dieser abruft, wenn das entsprechende Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) angesteuert werden soll. Der Steuerrechner (µC) stellt dann die Frequenzen entsprechend ein.
Der zweite Quantenpunkt (NV2) der zweiten QuantenALU (QUALU2) kann in dem Beispiel der 20 mit einem zweiten Kernquantenpunkt (CI2₂ ) der zweiten QuantenALU (QUALU2) wechselwirken, wenn die zweite vertikale Leitung (LV2) und die erste horizontale Leitung (LH1) mit einem zweiten vertikalen Strom (IV2) und einem ersten horizontalen Strom (IH1) bestromt werden, die mit einer zweiten Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_{RWEC2_2} ) für die zweite QuantenALU (QUALU2) oder einer zweiten Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_{MWCE2_2} ) für die zweite QuantenALU (QUALU2) moduliert sind. Diese zweite Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_{RWEC2_2} ) für die zweite QuantenALU (QUALU2) und diese zweite Kern-Elektron-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_{MWCE2_2} ) für die zweite QuantenALU (QUALU2) werden bevorzugt in dem besagten Initialisierungsschritt einmalig durch eine weitere OMDR Messung gemessen. Die Messwerte werden in einem Speicher des Steuerrechners (µC) abgelegt, die dieser abruft, wenn das entsprechende Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) angesteuert werden soll. Der Steuerrechner (µC) stellt dann die Frequenzen entsprechend ein.
Der zweite Quantenpunkt (NV2) der zweiten QuantenALU (QUALU2) kann in dem Beispiel der 20 mit einem dritten Kernquantenpunkt (CI2₃ ) der zweiten QuantenALU (QUALU2) wechselwirken, wenn die zweite vertikale Leitung (LV2) und die erste horizontale Leitung (LH1) mit einem zweiten vertikalen Strom (IV2) und einem ersten horizontalen Strom (IH1) bestromt werden, die mit einer dritten Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_{RWEC3_2} ) für die zweite QuantenALU (QUALU2) oder einer dritten Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_{MWCE3_2} ) für die zweite QuantenALU (QUALU2) moduliert sind. Diese dritte Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_{RWEC3_2} ) für die zweite QuantenALU (QUALU2) und diese dritte Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_{MWCE3_2} ) für die zweite QuantenALU (QUALU2) werden bevorzugt in dem besagten Initialisierungsschritt einmalig durch eine weitere OMDR Messung gemessen. Die Messwerte werden in einem Speicher des Steuerrechners (µC) abgelegt, die dieser abruft, wenn das entsprechende Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) angesteuert werden soll. Der Steuerrechner (µC) stellt dann die Frequenzen entsprechend ein.
Da die Reichweite der Kopplung der Quantenpunkte (NV1, NV2) größer ist, können diese miteinander gekoppelt werden. Der zweite Quantenpunkt (NV2) der zweiten QuantenALU (QUALU2) kann in dem Beispiel der 20 mit dem ersten Quantenpunkt (NV1) der ersten QuantenALU (QUALU1) wechselwirken, wenn die erste vertikale Leitung (LV1) und die die zweite vertikale Leitung (LV2) und die erste horizontale Leitung (LH1) mit einem ersten vertikalen Strom (IV1) und einem zweiten vertikalen Strom (IV2) und einem ersten horizontalen Strom (IH1) bestromt werden, die mit einer Elektron1-Elektron2- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWEE12 ) für die Kopplung des ersten Quantenpunkts (NV1) der ersten QuantenALU (QUALU1) mit dem zweiten Quantenpunkt (NV2) der zweiten QuantenALU (QUALU2) moduliert sind. Diese Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWEE12 ) für die Kopplung des ersten Quantenpunkts (NV1) der ersten QuantenALU (QUALU1) wird bevorzugt in dem besagten Initialisierungsschritt einmalig durch eine weitere OMDR Messung gemessen. Die Messwerte werden in einem Speicher des Steuerrechners (µC) abgelegt, die dieser abruft, wenn das entsprechende Elektron-Elektron-Quantenregister (QUREG) umfassend den ersten Quantenpunkt (NV1) und den zweiten Quantenpunkt (NV2) angesteuert werden soll. Der Steuerrechner (µC) stellt dann die Frequenzen entsprechend ein.
Figur 21
21 dient der nochmaligen Erläuterung des Quantenbusbetriebes. Sie entspricht im Wesentlichen der 19. Die Quantenpunkte (NV), die bevorzugt NV-Zentren in einer bevorzugt praktisch isotopenreinem ¹²C-Diamantschicht sind, können über größere Entfernungen gekoppelt werden. Sie erfüllen die Funktion des sogenannten „flying Q-bits“. Mit ihnen werden Abhängigkeiten über größere Entfernungen innerhalb der Vorrichtung transportiert, während die eigentliche Berechnung in den Kernquantenpunkten, die in diesem Beispiel eines Diamanten als Substrat (D) bevorzugt aus ¹³C-lsotopen bestehen, stattfindet. Dies hat den Vorteil, dass die T2-Zeiten in den Kernquantenbits dann wesentlich länger sind. Die Quantenpunkte (NV1, NV2) spielen also in etwa die Rolle von Anschlüssen der QuantenALUs (QUALU1, QUALU2).
Dieser Quantenbus (QUBUS) bestehend aus einer mehr oder weniger verzweigten Kette von Quantenpunkten (NV1, NV2) und den lokalen Kernquantenpunkten (CI1₁ , CI1₂ , CI1₃ , CI2₁ , CI2₂ , CI2₃ ), die über die Quantenpunkte (NV1, NV2) an den eigentlichen Quantenbus angeschlossen sind, stellt den Kern der Erfindung und das Herz des Quanten-Computers dar.
Figur 22
22 zeigt beispielhaft die Anordnung für ein beispielhaftes Fünf-Bit-Quantenregister in stark vereinfachter Form in der Aufsicht. Die fünf Quantenpunkte (NV1, NV2, NV3, NV4, NV5) sind linear angeordnet und können durch eine gemeinsame erste horizontale Leitung (LH1) angesteuert werden. Senkrecht dazu sind in einer anderen Metallisierungsebene die erste vertikale Leitung (LV1) zur Ansteuerung des ersten Quantenpunkts (NV1) und die zweite vertikale Leitung (LV2) zur Ansteuerung des zweiten Quantenpunkts (NV2) und die dritte vertikale Leitung (LV3) zur Ansteuerung des dritten Quantenpunkts (NV3) und die vierte vertikale Leitung (LV4) zur Ansteuerung des vierten Quantenpunkts (NV4) und die fünfte vertikale Leitung (LV5) zur Ansteuerung des fünften Quantenpunkts (NV5) gefertigt. Die Vorrichtung des Beispiels der 22 weist nur eine erste horizontale Abschirmleitung (SH1) und eine zweite horizontale Abschirmleitung (SH2) auf. Vertikale Abschirmleitungen sind in dem Beispiel nicht vorgesehen. Durch Anlegen einer Spannung zwischen der horizontalen Abschirmleitung (SH1) und der zweiten horizontalen Abschirmleitung (SH2) können die Photoelektronen ausgelesen werden.
Figur 23
23 zeigt das Blockdiagramm eines beispielhaften Quantencomputers mit einem beispielhaften schematisch angedeuteten Drei-Bit-Quantenregister, das ggf. auch z.B. durch ein Drei-Bit-Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG) mit drei QuantenALUs ersetzt werden könnte.
Der Kern der beispielhaften Ansteuervorrichtung der 23 ist eine Steuervorrichtung (µC) die bevorzugt ein Steuerrechner (µC) ist. Bevorzugt weist die Gesamtvorrichtung eine Magnetfeldkontrolle (MFC) auf, die ihre Betriebsparameter bevorzugt von der besagten Steuervorrichtung (µC) erhält und bevorzugt Betriebsstatusdaten an diese Steuervorrichtung (µC) zurückgibt. Die Magnetfeldkontrolle (MFC) ist bevorzugt ein Regler, dessen Aufgabe es ist, ein externes magnetisches Feld durch aktive Gegenregelung zu kompensieren. Bevorzugt nutzt die Magnetfeldkontrolle (MFC) hierfür einen Magnetfeldsensor (MFS), der bevorzugt den magnetischen Fluss in der Vorrichtung bevorzugt in der Nähe der Quantenpunkte erfasst. Bevorzugt handelt es sich bei dem Magnetfeldsensor (MFS) um einen Quantensensor. Hier sei auf die Anmeldungen DE 10 2018 127 394 A1 , DE 10 2019 120 076.8 und DE 10 2019 121 137.9 verwiesen. Mit Hilfe einer Magnetfeldkontrollvorrichtung (MFK) regelt die Magnetfeldkontrolle (MFC) die magnetische Flussdichte nach. Bevorzugt wird ein Quantensensor verwendet, da dieser die höhere Genauigkeit aufweist, um das Magnetfeld ausreichend zu stabilisieren.
Die Steuervorrichtung steuert bevorzugt über eine Kontrolleinheit A (CBA) die horizontalen und vertikalen Treiberstufen an, die bevorzugt die horizontalen Leitungen und vertikalen Leitungen mit den jeweiligen horizontalen und vertikalen Strömen bestromen und die richtigen Frequenzen und zeitlichen Burst-Dauern erzeugen.
Die Kontrolleinheit A stellt entsprechend den Vorgaben der Steuervorrichtung (µC) die Frequenz und die Pulsdauer des ersten horizontalen Abschirmstromes (ISH1) für die erste horizontale Abschirmleitung (SH1) in der ersten horizontalen Treiberstufe (HD1) ein.
Die Kontrolleinheit A stellt entsprechend den Vorgaben der Steuervorrichtung (µC) die Frequenz und die Pulsdauer des ersten horizontalen Stromes (IH1) für die erste horizontale Leitung (LH1) in der ersten horizontalen Treiberstufe (HD1) ein.
Die Kontrolleinheit A stellt entsprechend den Vorgaben der Steuervorrichtung (µC) die Frequenz und die Pulsdauer des zweiten horizontalen Abschirmstromes (ISH2) für die zweite horizontale Abschirmleitung (SH2) in der ersten horizontalen Treiberstufe (HD1) und der in der zweiten horizontalen Treiberstufe (HD2) ein.
Die Kontrolleinheit A stellt entsprechend den Vorgaben der Steuervorrichtung (µC) die Frequenz und die Pulsdauer des zweiten horizontalen Stromes (IH2) für die zweite horizontale Leitung (LH2) in der zweiten horizontalen Treiberstufe (HD2) ein.
Die Kontrolleinheit A stellt entsprechend den Vorgaben der Steuervorrichtung (µC) die Frequenz und die Pulsdauer des dritten horizontalen Abschirmstromes (ISH3) für die dritte horizontale Abschirmleitung (SH3) in der zweiten horizontalen Treiberstufe (HD2) und der in der dritten horizontalen Treiberstufe (HD3) ein.
Die Kontrolleinheit A stellt entsprechend den Vorgaben der Steuervorrichtung (µC) die Frequenz und die Pulsdauer des dritten horizontalen Stromes (IH3) für die dritte horizontale Leitung (LH3) in der dritten horizontalen Treiberstufe (HD3) ein.
Die Kontrolleinheit A stellt entsprechend den Vorgaben der Steuervorrichtung (µC) die Frequenz und die Pulsdauer des vierten horizontalen Abschirmstromes (ISH4) für die vierte horizontale Abschirmleitung (SH4) in der dritten horizontalen Treiberstufe (HD2) und in der vierten horizontalen Treiberstufe (HD4), die aus Platzmangel nur angedeutet ist, ein.
Die Kontrolleinheit A stellt entsprechend den Vorgaben der Steuervorrichtung (µC) die Frequenz und die Pulsdauer des ersten vertikalen Abschirmstromes (ISV1) für die erste vertikale Abschirmleitung (SV1) in der ersten vertikalen Treiberstufe (HV1) ein.
Die Kontrolleinheit A stellt entsprechend den Vorgaben der Steuervorrichtung (µC) die Frequenz und die Pulsdauer des ersten vertikalen Stromes (IV1) für die erste vertikale Leitung (LV1) in der ersten vertikalen Treiberstufe (VD1) ein.
Synchronisiert durch die Kontrolleinheit A speisen diese Treiberstufen (VD1, HD1, HD2, HD3, HD4) ihren Strom in einem festen Phasenverhältnis bezogen auf einen gemeinsamen Synchronisationszeitpunkt in die Leitungen (SV1, LV1, SV2, SH1, LH1, SH2, LH2, SH3, LH3, SH4) ein.
Zuvor konfiguriert eine Kontrolleinheit B eine erste horizontale Empfängerstufe (HS1) in der Art, dass sie die von der ersten horizontalen Treiberstufe (HD1) eingespeisten Ströme auf der anderen Seite der Leitungen wieder entnimmt.
Zuvor konfiguriert die Kontrolleinheit B eine zweite horizontale Empfängerstufe (HS2) in der Art, dass sie die von der zweiten horizontalen Treiberstufe (HD2) eingespeisten Ströme auf der anderen Seite der Leitungen wieder entnimmt.
Zuvor konfiguriert die Kontrolleinheit B eine dritte horizontale Empfängerstufe (HS3) in der Art, dass sie die von der dritten horizontalen Treiberstufe (HD3) eingespeisten Ströme auf der anderen Seite der Leitungen wieder entnimmt.
Zuvor konfiguriert die Kontrolleinheit B eine erste vertikale Empfängerstufe (VS1) in der Art, dass sie die von der ersten vertikalen Treiberstufe (VD1) eingespeisten Ströme auf der anderen Seite der Leitungen wieder entnimmt.
Des Weiteren weist das beispielhafte System der 23 eine Lichtquelle (LED) für „grünes Licht“ im Sinne dieser Schrift auf. Mittels eines Lichtquellentreibers (LEDDR) kann die Steuervorrichtung (µC) die Quantenpunkte mit dem „grünen Licht“ bestrahlen. Bei Bestrahlung mit diesem „grünen Licht“ werden Fotoelektronen erzeigt, die durch die erste horizontale Empfängerstufe (HS1) und/oder die zweite horizontale Empfängerstufe (HS2) und/oder die dritte horizontale Empfängerstufe (HS3) und/oder die erste vertikale Empfängerstufe (VS1) durch Anlegen eines Extraktionsfeldes beispielsweise an die angeschlossenen Abschirmleitungen abgesaugt werden können.
Figur 24
24 zeigt eine beispielhafte symbolische horizontale Anordnung eines Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG) mit zwei QuantenALUs (QUALU1, QUALU2). Die symbolische Darstellung korrespondiert mit der Darstellung eines Quantenbusses (QUBUS) mit zwei QuantenALUs (QUALU1, QUALU2) der 20.
Da wir das Netzwerk im Folgenden immer komplexer aufbauen werden, werden die Indices bereits hier so gewählt, dass zweidimensionale und nicht nur lineare Anordnungen abgedeckt werden.
Ein erster Quantenpunkt (NV11) der ersten Zeile und ersten Spante der Anordnung und ein zweiter Quantenpunkt (NV12) der ersten Zeile und zweiten Zeile der Anordnung sind längs der ersten horizontalen Leitung (LH1) angeordnet. Der erste Quantenpunkt (NV11) und der zweite Quantenpunkt (NV12) bilden ein Quantenregister (QUREG1112). Der erste Quantenpunkt (NV11) in der ersten Zeile und ersten Spalte ist der Anschluss der ersten QuantenALU (QUALU11) in der ersten Zeile und ersten Spalte. Der erste Quantenpunkt (NV11) in der ersten Zeile und ersten Spalte ist der Anschluss der ersten QuantenALU (QUALU11) in der ersten Zeile und ersten Spalte. Der zweite Quantenpunkt (NV12) in der ersten Zeile und zweiten Spalte ist der Anschluss der zweiten QuantenALU (QUALU12) in der ersten Zeile und zweiten Spalte.
Dem ersten Quantenpunkt (NV11) der ersten Spalte und ersten Zeile ist eine erste vertikale Leitung (LV1) zugeordnet.
Dem zweiten Quantenpunkt (NV12) der zweiten Spalte und ersten Zeile ist eine zweite vertikale Leitung (LV2) zugeordnet.
Ein erster Kernquantenpunkt (CI11₁ ) der ersten QuantenALU (QUALU11) der ersten Spalte und ersten Zeile bildet zusammen mit dem ersten Quantenpunkt (NV11) der ersten Zeile und ersten Spalte ein erstes Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG11₁) der ersten QuantenALU (QUALU11) der ersten Spalte und ersten Zeile.
Ein zweiter Kernquantenpunkt (CI11₂ ) der ersten QuantenALU (QUALU11) der ersten Spalte und ersten Zeile bildet zusammen mit dem ersten Quantenpunkt (NV11) der ersten Zeile und ersten Spalte ein zweites Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG11₂) der ersten QuantenALU (QUALU11) der ersten Spalte und ersten Zeile.
Ein dritter Kernquantenpunkt (CI11₃ ) der ersten QuantenALU (QUALU11) der ersten Spalte und ersten Zeile bildet zusammen mit dem ersten Quantenpunkt (NV11) der ersten Zeile und ersten Spalte ein drittes Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG11₃) der ersten QuantenALU (QUALU11) der ersten Spalte und ersten Zeile.
Ein vierter Kernquantenpunkt (CI11₄ ) der ersten QuantenALU (QUALU11) der ersten Spalte und ersten Zeile bildet zusammen mit dem ersten Quantenpunkt (NV11) der ersten Zeile und ersten Spalte ein viertes Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG11₄) der ersten QuantenALU (QUALU11) der ersten Spalte und ersten Zeile.
Das vierte Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG11₄) der ersten QuantenALU (QUALU11) der ersten Spalte und ersten Zeile und das dritte Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG11₃) der ersten QuantenALU (QUALU11) der ersten Spalte und ersten Zeile und das zweite Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG11₂) der ersten QuantenALU (QUALU11) der ersten Spalte und ersten Zeile und das erste Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG11₁) der ersten QuantenALU (QUALU11) der ersten Spalte und ersten Zeile bilden die erste QuantenALU der ersten Zeile und ersten Spalte.
Ein erster Kernquantenpunkt (CI12₁ ) der zweiten QuantenALU (QUALU12) der zweiten Spalte und ersten Zeile bildet zusammen mit dem zweiten Quantenpunkt (NV12) der ersten Zeile und zweiten Spalte ein erstes Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG12₁) der zweiten QuantenALU (QUALU12) der zweiten Spalte und ersten Zeile.
Ein zweiter Kernquantenpunkt (CI12₂ ) der zweiten QuantenALU (QUALU12) der zweiten Spalte und ersten Zeile bildet zusammen mit dem zweiten Quantenpunkt (NV12) der ersten Zeile und zweiten Spalte ein zweites Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG12₂) der zweiten QuantenALU (QUALU12) der zweiten Spalte und ersten Zeile.
Ein dritter Kernquantenpunkt (CI12₃ ) der zweiten QuantenALU (QUALU12) der zweiten Spalte und ersten Zeile bildet zusammen mit dem zweiten Quantenpunkt (NV12) der ersten Zeile und zweiten Spalte ein drittes Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG12₃) der zweiten QuantenALU (QUALU12) der zweiten Spalte und ersten Zeile.
Ein vierter Kernquantenpunkt (CI12₄ ) der zweiten QuantenALU (QUALU12) der zweiten Spalte und ersten Zeile bildet zusammen mit dem zweiten Quantenpunkt (NV12) der ersten Zeile und zweiten Spalte ein viertes Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG12₄) der zweiten QuantenALU (QUALU12) der zweiten Spalte und ersten Zeile.
Das vierte Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG12₄) der zweiten QuantenALU (QUALU12) der zweiten Spalte und ersten Zeile und das dritte Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG12₃) der zweiten QuantenALU (QUALU12) der zweiten Spalte und ersten Zeile und das zweite Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG12₂) der zweiten QuantenALU (QUALU12) der zweiten Spalte und ersten Zeile und das erste Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG12₁) der zweiten QuantenALU (QUALU12) der zweiten Spalte und ersten Zeile bilden die zweite QuantenALU (QUALU12) der ersten Zeile und zweiten Spalte.
Figur 25
25 zeigt eine beispielhafte symbolische horizontale Anordnung eines Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG) mit vier QuantenALUs (QUALU1, QUALU2, QUALU3, QUALU4). Die Quantenpunkte der QuantenALUs sind längs der gemeinsamen ersten horizontalen Leitung (LH1) angeordnet.
Die erste QuantenALU (QUALU11) der ersten Spalte und ersten Zeile umfasst vier Kernquantenbits (CI11₁ , CI11₂ , CI11₃ , CI11₄ ). Sie wird zusätzlich durch eine erste vertikale Leitung (LV1) angesteuert.
Die zweite QuantenALU (QUALU12) der zweiten Spalte und ersten Zeile umfasst vier Kernquantenbits (CI12₁ , CI12₂ , CI12₃ , CI12₄ ). Sie wird zusätzlich durch eine zweite vertikale Leitung (LV2) angesteuert.
Die dritte QuantenALU (QUALU13) der dritten Spalte und ersten Zeile umfasst vier Kernquantenbits (CI13₁ , CI13₂ , CI13₃ , CI13₄ ). Sie wird zusätzlich durch eine dritte vertikale Leitung (LV3) angesteuert.
Die vierte QuantenALU (QUALU14) der vierten Spalte und ersten Zeile umfasst vier Kernquantenbits (CI14₁ , CI14₂ , CI14₃ , CI14₄ ). Sie wird zusätzlich durch eine vierte vertikale Leitung (LV4) angesteuert.
Figur 26
26 zeigt eine beispielhafte symbolische horizontale Anordnung eines Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG) mit vier QuantenALUs (QUALU11, QUALU12, QUALU13, QUALU23) über Eck.
Der Quantenpunkt (NV11) der ersten QuantenALU (QUALU11) der ersten Zeile und ersten Spalte und der Quantenpunkt (NV12) der zweiten QuantenALU (QUALU12) der ersten Zeile und zweiten Spalte und der Quantenpunkt (NV13) der dritten QuantenALU (QUALU13) der ersten Zeile und dritten Spalte sind längs der gemeinsamen ersten horizontalen Leitung (LH1) angeordnet.
Der Quantenpunkt (NV13) der dritten QuantenALU (QUALU13) der ersten Zeile und dritten Spalte und der Quantenpunkt (NV23) der vierten QuantenALU (QUALU23) der zweiten Zeile und dritten Spalte sind längs der gemeinsamen dritten vertikalen Leitung (LV3) angeordnet.
Die erste QuantenALU (QUALU11) der ersten Spalte und ersten Zeile umfasst vier Kernquantenbits (CI11₁ , CI11₂ , CI11₃ , CI11₄ ). Sie wird zusätzlich durch eine erste vertikale Leitung (LV1) angesteuert.
Die zweite QuantenALU (QUALU12) der zweiten Spalte und ersten Zeile umfasst vier Kernquantenbits (CI12₁ , CI12₂ , CI12₃ , CI12₄ ). Sie wird zusätzlich durch eine zweite vertikale Leitung (LV2) angesteuert.
Die dritte QuantenALU (QUALU13) der dritten Spalte und ersten Zeile umfasst vier Kernquantenbits (CI13₁ , CI13₂ , CI13₃ , CI13₄ ).
Die vierte QuantenALU (QUALU23) der dritten Spalte und zweiten Zeile umfasst vier Kernquantenbits (CI23₁ , CI32₂ , CI23₃ , CI23₄ ). Sie wird zusätzlich durch eine zweite horizontale Leitung (LH2) angesteuert.
Figur 27
27 zeigt eine beispielhafte symbolische horizontale Anordnung eines Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG) mit fünf QuantenALUs (QUALU11, QUALU12, QUALU13, QUALU14, QUALU23) als Verzweigung.
Der Quantenpunkt (NV11) der ersten QuantenALU (QUALU11) der ersten Zeile und ersten Spalte und der Quantenpunkt (NV12) der zweiten QuantenALU (QUALU12) der ersten Zeile und zweiten Spalte und der Quantenpunkt (NV13) der dritten QuantenALU (QUALU13) der ersten Zeile und dritten Spalte und der Quantenpunkt (NV14) der vierten QuantenALU (QUALU14) der ersten Zeile und vierten Spalte sind längs der gemeinsamen ersten horizontalen Leitung (LH1) angeordnet.
Der Quantenpunkt (NV13) der dritten QuantenALU (QUALU13) der ersten Zeile und dritten Spalte und der Quantenpunkt (NV23) der fünften QuantenALU (QUALU23) der zweiten Zeile und dritten Spalte sind längs der gemeinsamen dritten vertikalen Leitung (LV3) angeordnet.
Die erste QuantenALU (QUALU11) der ersten Spalte und ersten Zeile umfasst vier Kernquantenbits (CI11₁ , CI11₂ , CI11₃ , CI11₄ ). Sie wird zusätzlich durch eine erste vertikale Leitung (LV1) angesteuert.
Die zweite QuantenALU (QUALU12) der zweiten Spalte und ersten Zeile umfasst vier Kernquantenbits (CI12₁ , CI12₂ , CI12₃ , CI12₄ ). Sie wird zusätzlich durch eine zweite vertikale Leitung (LV2) angesteuert.
Die dritte QuantenALU (QUALU13) der dritten Spalte und ersten Zeile umfasst vier Kernquantenbits (CI13₁ , CI13₂ , CI13₃ , CI13₄ ).
Die vierte QuantenALU (QUALU14) der vierten Spalte und ersten Zeile umfasst vier Kernquantenbits (CI14₁ , CI14₂ , CI14₃ , CI14₄ ). Sie wird zusätzlich durch eine vierte vertikale Leitung (LV4) angesteuert.
Die fünfte QuantenALU (QUALU23) der dritten Spalte und zweiten Zeile umfasst vier Kernquantenbits (CI23₁ , CI32₂ , CI23₃ , CI23₄ ). Sie wird zusätzlich durch eine zweite horizontale Leitung (LH2) angesteuert.
Figur 28
28 zeigt eine beispielhafte symbolische horizontale Anordnung eines Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG) mit acht QuantenALUs (QUALU11, QUALU12, QUALU13, QUALU21, QUALU23, QUALU31, QUALU32, QUALU33,) als Ring.
Glossar
Grünes Licht
Grünes Licht wird in der technischen Lehre dieser Offenlegung für das Rücksetzen der Quantenpunkte (NV) verwendet. Es hat sich gezeigt, dass in Verbindung mit NV-Zentren als Quantenpunkte (NV) in Diamant als Substrat (D) und/oder der epitaktischen Schicht (DEPI) prinzipiell Licht mit einer Wellenlänge von höchstens 700nm und mindestens 500nm besonders geeignet ist. Im Zusammenhang mit anderen Materialien des Substrats (D) und/oder der epitaktischen Schicht (DEPI) kann ein ganz anderer Wellenlängenbereich die gleichen Funktionen erfüllen. Insofern ist grünes Licht hier als Funktionsdefinition verstanden werden, wobei die Funktion als äquivalent zu der Funktion in dem System mit NV-Zentren in Diamant als Quantenpunkten (NV) verstanden werden soll. Insbesondere bei der Verwendung eines NV-Zentrums (NV) als Quantenpunkt (NV) sollte das grüne Licht eine Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm Wellenlänge und/oder besser 450 nm bis 650 nm und/oder besser 500 nm bis 550 nm und/oder besser 515 nm bis 540 nm aufweisen. Bevorzugt ist dabei eine Wellenlänge von 532 nm Wellenlänge. Licht, dass bei der Verwendung anderer Quantenpunkttypen als von NV-Zentren in Diamant zur Ausführung gleicher Funktionen verwendet wird, wird ebenfalls als „grünes Licht“ bezeichnet. Insofern sind solche Ausführungen von Ansprüchen umfasst in denen von „grünem Licht“ die Rede ist.
horizontal
Das Eigenschaftswort „horizontal“ wird in dieser Offenlegung sofern nicht ausdrücklich anders angegeben als Teil des Namens der Vorrichtungsteile und der zugehörigen Größen verwendet. Dies geschieht, da die Quantenbits durchnummeriert sind. Hierdurch können die Spalten (vertikal) und Zeilen (horizontal) innerhalb von zweidimensionalen Quantenbit-Anordnungen besser unterschieden werden. Eine „horizontale Leitung“ ist demnach eine Leitung innerhalb einer solchen zwei- oder eindimensionalen Anordnung, die längs einer Zeile entlanggeführt ist. Der zugeordnete Strom wird dann beispielsweise in analoger Weise als „horizontaler Leitungsstrom“ bezeichnet, um ein Beispiel für die Benennung einer Größe zu geben.
Isotopenrein
Isotopenrein im Sinne dieser Offenlegung ist ein Material dann, wenn die Konzentration anderer Isotope als der Basis-Isotope, die das Material dominieren, so gering ist, dass der technische Zweck in einem für die Produktion und den Verkauf von Produkten ausreichenden Maße mit einer wirtschaftlich ausreichenden Produktionsausbeute erreicht wird. Dies bedeutet, dass Störungen, die von solchen Isotopenverunreinigungen ausgehen, die Funktionstüchtigkeit der Quantenbits nicht oder höchstens ausreichend gering stören. Auf Diamant bezogen heißt das, dass der Diamant bevorzugt im Wesentlichen aus ¹²C-lsotopen als Basis-Isotopen besteht, die kein magnetisches Moment haben.
Nähe
Wenn in dieser Offenlegung beispielsweise von einer „Vorrichtung, die zur Erzeugung eines zirkular polarisierten Mikrowellenfeldes sich in der Nähe des Lot-Punktes (LOTP) oder am Lot-Punkt (LOTP) befindet“ die Rede ist, so ist der Begriff Nähe so zu verstehen, dass diese Vorrichtung mit ihrem polarisierten Mikrowellenfeld oder sonst wie auf den Quantenpunkt (NV), der sich auf der Lot-Linie (LOT) befindet, eine beabsichtigte Wirkung ausübt oder ausüben kann, wobei beabsichtigt wiederum im Zusammenhang mit der hier vorgelegten Offenlegung so zu verstehen ist, dass durch die beabsichtigte Wirkung ein Verfahrensschritt in den Funktionsschritten zur bestimmungsgemäßen Nutzung einer hier vorgeschlagenen Vorrichtung durchgeführt werden kann.
Reines Substrat
Ein reines Substrat im Sinne dieser Offenlegung liegt dann vor, wenn die Konzentration anderer Atome als der Basis-Atome, die das Material des Substrats dominieren, so gering ist, dass der technische Zweck in einem für die Produktion und den Verkauf von Produkten ausreichenden Maße mit einer wirtschaftlich ausreichenden Produktionsausbeute erreicht wird. Dies bedeutet, dass Störungen, die von solchen atomaren Verunreinigungen ausgehen, die Funktionstüchtigkeit der Quantenbits nicht oder höchstens ausreichend gering stören. Auf Diamant bezogen heißt das, dass der Diamant bevorzugt im Wesentlichen aus C-Atomen besteht und keine oder nur unwesentlich viele Fremdatome umfasst. Bevorzugt enthält der das Substrat möglichst keine ferromagnetischen Verunreinigungen wie beispielsweise Fe und/oder Ni, da deren Magnetfelder mit dem Spin des Quantenpunkts (NV) wechselwirken können.
unwesentliche Phasendrehung
Eine unwesentliche Phasendrehung des Zustandsvektors eines Quantenpunkts im Sinne dieser Offenlegung ist eine Phasendrehung, die für den Betrieb und die Funktionstüchtigkeit als unwesentlich oder korrigierbar betrachtet werden kann. Sie kann daher in erster Näherung als leich Null angenommen werden.
vertikal
Das Eigenschaftswort „vertikal“ wird in dieser Offenlegung sofern nicht ausdrücklich anders angegeben als Teil des Namens der Vorrichtungsteile und der zugehörigen Größen verwendet. Dies geschieht, da die Quantenbits durchnummeriert sind. Hierdurch können die Spalten (vertikal) und Zeilen (horizontal) innerhalb von zweidimensionalen Quantenbit-Anordnungen besser unterschieden werden. Eine „vertikal Leitung“ ist demnach eine Leitung innerhalb einer solchen zwei- oder eindimensionalen Anordnung, die längs einer Spalte entlanggeführt ist. Der zugeordnete Strom wird dann beispielsweise in analoger Weise als „vertikal Leitungsstrom“ bezeichnet, um ein Beispiel für die Benennung einer Größe zu geben.
Bezugszeichenliste

α: Kreuzungswinkel in dem sich die vertikale Leitung (LV) und die horizontale Leitung (LH) kreuzen. Dieser Kreuzungswinkel hat bevorzugt einen Winkelbetrag von π/2.
α11: Kreuzungswinkel in dem sich die erste vertikale Leitung (LV1) und die erste horizontale Leitung (LH1) kreuzen. Dieser Kreuzungswinkel hat bevorzugt einen Winkelbetrag von π/2.
α12: Kreuzungswinkel in dem sich die zweite vertikale Leitung (LV2) und die erste horizontale Leitung (LH1) kreuzen. Dieser Kreuzungswinkel hat bevorzugt einen Winkelbetrag von π/2.
β: Winkel von π/2 (rechter Winkel) zwischen Lot-Linie (LOT) und Oberfläche (OF) des Substrats (D) bzw. der epitaktischen Schicht (DEPI);
B_CI: Flussdichtevektor des zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfelds zur Manipulation des Kernquantenpunkts (Cl) am Ort des Kernquantenpunkts (CI). In 2 ist zum besseren Verständnis die Rotation dieses Flussdichtevektors eingezeichnet. In der 2 wird die Rotation des Flussdichtevektors durch Ansteuerung der horizontalen Leitung (LH) mit einem horizontalen Stromanteil (IH), der mit einer horizontalen Kern-Kern-Radiowellenfrequenz (f_RWHCC ) mit einer horizontalen Modulation moduliert ist, und durch Ansteuerung der vertikalen Leitung (LV) mit einem vertikalen Stromanteil (IV), der mit einer vertikalen Kern-Kern-Radiowellenfrequenz (f_RWVCC ) mit einer vertikalen Modulation moduliert, die um +/- π/2 in der Phase gegenüber der horizontalen Modulation verschoben ist. Die vertikale Kern-Kern-Radiowellenfrequenz (f_RWVCC ) und die horizontale Kern-Kern-Radiowellenfrequenz (f_RWHCC ) sind typischerweise zueinander gleich und damit typischerweise gleich einer gemeinsamen Kern-Kern-Radiowellenfrequenz (f_RWCC ).
B_CI1: Flussdichtevektor des zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfelds zur Manipulation des ersten Kernquantenpunkts (CI1) am Ort des ersten Kernquantenpunkts (CI1);
B_CI2: Flussdichtevektor des zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfelds zur Manipulation des zweiten Kernquantenpunkts (CI2) am Ort des zweiten Kernquantenpunkts (CI2);
B_CI3: Flussdichtevektor des zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfelds zur Manipulation des dritten Kernquantenpunkts (CI3) am Ort des dritten Kernquantenpunkts (CI3);
B_NV: Flussdichtevektor des zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfelds zur Manipulation des Quantenpunkts (NV) am Ort des Quantenpunkts (NV). In 1 ist zum besseren Verständnis die Rotation dieses Flussdichtevektors eingezeichnet. In der 1 wird die Rotation des Flussdichtevektors durch Ansteuerung der horizontalen Leitung (LH) mit einem horizontalen Stromanteil (IH), der mit einer horizontalen Elektron-Elektron-Mikrowellenfrequenz (f_MWH ) mit einer horizontalen Modulation moduliert ist, und durch Ansteuerung der vertikalen Leitung (LV) mit einem vertikalen Stromanteil (IV), der mit einer vertikalen Elektron-Elektron-Mikrowellenfrequenz (f_MWV ) mit einer vertikalen Modulation moduliert, die um +/- π/2 in der Phase gegenüber der horizontalen Modulation verschoben ist. Die vertikale Elektron-Elektron-Mikrowellenfrequenz (f_MWV ) und die horizontale Elektron-Elektron-Mikrowellenfrequenz (f_MWH ) sind typischerweise zueinander gleich und damit typischerweise gleich einer gemeinsamen Elektron-Elektron-Mikrowellenfrequenz (f_MW ).
B_NV1: Flussdichtevektor des zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfelds zur Manipulation des ersten Quantenpunkts (NV1) am Ort des ersten Quantenpunkts (NV1);
B_NV2: Flussdichtevektor des zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfelds zur Manipulation des zweiten Quantenpunkts (NV2) am Ort des zweiten Quantenpunkts (NV2);
B_NV3: Flussdichtevektor des zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfelds zur Manipulation des dritten Quantenpunkts (NV3) am Ort des dritten Quantenpunkts (NV3);
B_VHNV1: erster virtueller horizontaler magnetischer Flussdichtevektor am Ort des ersten virtuellen horizontalen Quantenpunkts (VHNV1);
B_VHNV2: zweiter virtueller horizontaler magnetischer Flussdichtevektor am Ort des zweiten virtuellen horizontalen Quantenpunkts (VHNV2);
B_VVNV1: erster virtueller vertikaler magnetischer Flussdichtevektors am Ort des ersten virtuellen vertikalen Quantenpunkts (VVNV1);
B_VVNV2: zweiter virtueller vertikaler magnetischer Flussdichtevektors am Ort des zweiten virtuellen vertikalen Quantenpunkts (VVNV2);
CBA: Kontrolleinheit A;
CBB: Kontrolleinheit B;
CI: Kernquantenpunkt;
CI1: erster Kernquantenpunkt;
CI1₁: erster Kernquantenpunkt (CI1₁ ) der ersten QuantenALU (QUALU1);
CI1₂: zweiter Kernquantenpunkt (CI1₂ ) der ersten QuantenALU (QUALU1);
CI1₃: dritter Kernquantenpunkt (CI1₃ ) der ersten QuantenALU (QUALU1);
CI11₁,: erster Kernquantenpunkt (CI11₁ ) der QuantenALU (QUALU11) der ersten Spalte und ersten Zeile;
CI11₂: zweiter Kernquantenpunkt (CI11₂ ) der QuantenALU (QUALU11) der ersten Spalte und ersten Zeile;
CI11₃: dritter Kernquantenpunkt (CI11₃ ) der QuantenALU (QUALU11) der ersten Spalte und ersten Zeile;
CI11₄: vierter Kernquantenpunkt (CI11₄ ) der QuantenALU (QUALU11) der ersten Spalte und ersten Zeile;
CI12₁: erster Kernquantenpunkt (CI12₁ ) der QuantenALU (QUALU12) der zweiten Spalte und ersten Zeile;
CI12₂: zweiter Kernquantenpunkt (CI12₂ ) der QuantenALU (QUALU12) der zweiten Spalte und ersten Zeile;
CI12₃: dritter Kernquantenpunkt (CI12₃ ) der QuantenALU (QUALU12) der zweiten Spalte und ersten Zeile;
CI12₄: vierter Kernquantenpunkt (CI12₄ ) der QuantenALU (QUALU12) der zweiten Spalte und ersten Zeile;
CI13₁: erster Kernquantenpunkt (CI13₁ ) der QuantenALU (QUALU13) der dritten Spalte und ersten Zeile;
CI13₂: zweiter Kernquantenpunkt (CI13₂ ) der QuantenALU (QUALU13) der dritten Spalte und ersten Zeile;
CI13₃: dritter Kernquantenpunkt (CI13₃ ) der QuantenALU (QUALU13) der dritten Spalte und ersten Zeile;
CI13₄: vierter Kernquantenpunkt (CI13₄ ) der QuantenALU (QUALU13) der dritten Spalte und ersten Zeile;
CI14₁: erster Kernquantenpunkt (CI14₁ ) der QuantenALU (QUALU14) der vierten Spalte und ersten Zeile;
CI14₂: zweiter Kernquantenpunkt (CI14₂ ) der QuantenALU (QUALU14) der vierten Spalte und ersten Zeile;
CI14₃: dritter Kernquantenpunkt (CI14₃ ) der QuantenALU (QUALU14) der vierten Spalte und ersten Zeile;
CI14₄: vierter Kernquantenpunkt (CI14₄ ) der QuantenALU (QUALU14) der vierten Spalte und ersten Zeile;
CI2: zweiter Kernquantenpunkt;
CI2₁: erster Kernquantenpunkt (CI2₁ ) der zweiten QuantenALU (QUALU2);
CI2₂: zweiter Kernquantenpunkt (CI2₂ ) der zweiten QuantenALU (QUALU2);
CI2₃: dritter Kernquantenpunkt (CI2₃ ) der zweiten QuantenALU (QUALU2);
CI21₁: erster Kernquantenpunkt (CI21₁ ) der QuantenALU (QUALU11) der ersten Spalte und zweiten Zeile;
CI21₂: zweiter Kernquantenpunkt (CI21₂ ) der QuantenALU (QUALU11) der ersten Spalte und zweiten Zeile;
CI21₃: dritter Kernquantenpunkt (CI21₃ ) der QuantenALU (QUALU11) der ersten Spalte und zweiten Zeile;
CI21₄: vierter Kernquantenpunkt (CI21₄ ) der QuantenALU (QUALU11) der ersten Spalte und zweiten Zeile;
CI22₁: erster Kernquantenpunkt (CI22₁ ) der QuantenALU (QUALU12) der zweiten Spalte und zweiten Zeile;
CI22₂: zweiter Kernquantenpunkt (CI22₂ ) der QuantenALU (QUALU12) der zweiten Spalte und zweiten Zeile;
CI22₃: dritter Kernquantenpunkt (CI22₃ ) der QuantenALU (QUALU12) der zweiten Spalte und zweiten Zeile;
CI22₄: vierter Kernquantenpunkt (CI22₄ ) der QuantenALU (QUALU12) der zweiten Spalte und zweiten Zeile;
CI23₁: erster Kernquantenpunkt (CI23₁ ) der QuantenALU (QUALU13) der dritten Spalte und zweiten Zeile;
CI23₂: zweiter Kernquantenpunkt (CI23₂ ) der QuantenALU (QUALU13) der dritten Spalte und zweiten Zeile;
CI23₃: dritter Kernquantenpunkt (CI23₃ ) der QuantenALU (QUALU13) der dritten Spalte und zweiten Zeile;
CI23₄: vierter Kernquantenpunkt (CI23₄ ) der QuantenALU (QUALU13) der dritten Spalte und zweiten Zeile;
CI24₁: erster Kernquantenpunkt (CI24₁ ) der QuantenALU (QUALU14) der vierten Spalte und zweiten Zeile;
CI24₂: zweiter Kernquantenpunkt (CI24₂ ) der QuantenALU (QUALU14) der vierten Spalte und zweiten Zeile;
CI24₃: dritter Kernquantenpunkt (CI24₃ ) der QuantenALU (QUALU14) der vierten Spalte und zweiten Zeile;
CI24₄: vierter Kernquantenpunkt (CI24₄ ) der QuantenALU (QUALU14) der vierten Spalte und zweiten Zeile;
CI3: dritter Kernquantenpunkt;
CI31₁: erster Kernquantenpunkt (CI31₁ ) der QuantenALU (QUALU11) der ersten Spalte und dritten Zeile;
CI31₂: zweiter Kernquantenpunkt (CI31₂ ) der QuantenALU (QUALU11) der ersten Spalte und dritten Zeile;
CI31₃: dritter Kernquantenpunkt (CI31₃ ) der QuantenALU (QUALU11) der ersten Spalte und dritten Zeile;
CI31₄: vierter Kernquantenpunkt (CI31₄ ) der QuantenALU (QUALU11) der ersten Spalte und dritten Zeile;
CI32₁: erster Kernquantenpunkt (CI32₁ ) der QuantenALU (QUALU12) der zweiten Spalte und dritten Zeile;
CI32₂: zweiter Kernquantenpunkt (CI32₂ ) der QuantenALU (QUALU12) der zweiten Spalte und dritten Zeile;
CI32₃: dritter Kernquantenpunkt (CI32₃ ) der QuantenALU (QUALU12) der zweiten Spalte und dritten Zeile;
CI32₄: vierter Kernquantenpunkt (CI32₄ ) der QuantenALU (QUALU12) der zweiten Spalte und dritten Zeile;
CI33₁: erster Kernquantenpunkt (CI33₁ ) der QuantenALU (QUALU13) der dritten Spalte und dritten Zeile;
CI33₂: zweiter Kernquantenpunkt (CI33₂ ) der QuantenALU (QUALU13) der dritten Spalte und dritten Zeile;
CI33₃: dritter Kernquantenpunkt (CI33₃ ) der QuantenALU (QUALU13) der dritten Spalte und dritten Zeile;
CI33₄: vierter Kernquantenpunkt (CI33₄ ) der QuantenALU (QUALU13) der dritten Spalte und dritten Zeile;
CI34₁: erster Kernquantenpunkt (CI34₁ ) der QuantenALU (QUALU14) der vierten Spalte und dritten Zeile;
CI34₂: zweiter Kernquantenpunkt (CI34₂ ) der QuantenALU (QUALU14) der vierten Spalte und dritten Zeile;
CI34₃: dritter Kernquantenpunkt (CI34₃ ) der QuantenALU (QUALU14) der vierten Spalte und dritten Zeile;
CI34₄: vierter Kernquantenpunkt (CI34₄ ) der QuantenALU (QUALU14) der vierten Spalte und dritten Zeile;
D: Substrat. Bei dem Substrat handelt es sich bevorzugt um ein Wide-Band-Gap-Material. Ganz besonders bevorzugt wird Diamant verwendet. Es wird hier aber auch vorgeschlagen, andere Wide-Band-Gap-Materialien, wie BN, GaN etc. zu erproben. Auch ist die Verwendung von Isolatoren mit hoher Ladungsträgerbeweglichkeit denkbar. Hierbei ist auf die Isotopenzusammensetzung zu achten, da das Material keine magnetischen Momente aufweisen darf. Bevorzugt kann es sich bei dem Substrat um Diamant handeln, der bevorzugt isotopenrein ist. besonders bevorzugt ist die Verwendung von isotopenreinem, aus ¹²C-Isotopen bestehendem Diamant. Bevorzugt enthält der Diamant möglichst keine ferromagnetischen Verunreinigungen wie beispielsweise Fe und/oder Ni. Bevorzugt handelt es sich bei dem Substrat (D) und/oder der Epitaxieschicht (DEPI) um Diamant. Bevorzugt sind das Substrat (D) und/oder die Epitaxieschicht (DEPI) aus dem gleichen Material;
d1: Abstand des Quantenpunkts (NV) des Quantenbist (QUB) unter der Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI), wobei der erste Abstand längs der Lot-Line (LOT) vom Quantenpunkts (NV) des Quantenbist (QUB) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gemessen wird, bzw. erster Abstand des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) unter der Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI), wobei der erste Abstand längs der Lot-Line (LOT) vom ersten Quantenpunkt (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gemessen wird;
d2: zweiter Abstand des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) des Quantenregisters (QUREG) unter der Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI), wobei der erste Abstand längs der Lot-Line (LOT) vom zweiten Quantenpunkt (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gemessen wird;
DEPI: epitaktische Schicht, die auf dem Substrat (D) aufgebracht ist. Die epitaktische Schicht wird bevorzugt mittels CVD-Verfahren auf einem der orientierten Oberfläche eines Einkristalls abgeschieden. Bevorzugt ist die epitaktische Schicht isotopenrein. Dies ermöglicht lange Kohärenzzeiten. Auch ist eine solche Schicht bevorzugt weitestgehend frei von Fremdatomen. Die Dicke der Schicht wird bevorzugt so gewählt, dass eine Wechselwirkung zwischen den Kristallstörungen des Substrats(D), beispielsweise in Form von Isotopenabweichungen (z.B. in Form von ¹³C-Isotopen bei Diamant als Substrat) oder Fremdatomen (z.B. Fe- oder Ni-Atomen) minimiert wird. Im Falle von NV-Zentren in Diamant können dann preiswerte in Metallschmelzen gezüchtete Diamanten als Substrat (D) verwendet werden, obwohl diese großen Mengen an Eisenatomen (Fe-Atome) enthalten. Sofern die Qualität des Substrats (D) ausreichend ist, kann auf die epitaktische Schicht verzichtet werden. Aus diesem Grund ist diese epitaktische Schicht (DEPI) nur in 1 eingezeichnet.
f_MW: gemeinsame Elektron-Elektron-Mikrowellenfrequenz (f_MW );
f_MW1: erste Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW1 );
f_MWCE1: erste Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz;
f_MWCE2: zweite Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz;
f_{MWCE1_1}: erste Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz für die erste QuantenALU (QUALU1) zur Ansteuerung des ersten Kernquantenpunkts (CI2₁ ) der ersten QuantenALU (QUALU1);
f_{MWCE2_1}: zweite Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz für die erste QuantenALU (QUALU1) zur Ansteuerung des zweiten Kernquantenpunkts (CI2₂ ) der ersten QuantenALU (QUALU1);
f_{MWCE3_1}: dritte Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz für die erste QuantenALU (QUALU1) zur Ansteuerung des dritten Kernquantenpunkts (CI2₃ ) der ersten QuantenALU (QUALU1);
f_{MWCE1_2}: erste Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz für die zweite QuantenALU (QUALU2) zur Ansteuerung des ersten Kernquantenpunkts (CI2₁ ) der zweiten QuantenALU (QUALU2);
f_{MWCE2_2}: zweite Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz für die zweite QuantenALU (QUALU2) zur Ansteuerung des zweiten Kernquantenpunkts (CI2₂ ) der zweiten QuantenALU (QUALU2);
f_{MWCE3_2}: dritte Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz für die zweite QuantenALU (QUALU2) zur Ansteuerung des dritten Kernquantenpunkts (CI2₃ ) der zweiten QuantenALU (QUALU2);
f_MW2: zweite Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW2 );
f_MWH: horizontale Elektron-Elektron-Mikrowellenfrequenz. Die vertikale Elektron-Elektron-Mikrowellenfrequenz (f_MWV ) und die horizontale Elektron-Elektron-Mikrowellenfrequenz (f_MWH ) sind typischerweise zueinander gleich und damit typischerweise gleich einer gemeinsamen Elektron-Elektron-Mikrowellenfrequenz (f_MW );
f_MWH1: erste horizontale Elektron-Elektron-Mikrowellenfrequenz. Die erste vertikale Elektron-Elektron-Mikrowellenfrequenz (f_MWV1 ) und die erste horizontale Elektron-Elektron-Mikrowellenfrequenz (f_MWH1 ) sind typischerweise zueinander gleich und damit typischerweise gleich einer gemeinsamen ersten Elektron-Elektron-Mikrowellenfrequenz (f_MW1 );
f_MWHEE1: erste horizontalen Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz;
f_MWHEE2: zweite horizontale Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz;
f_MWV: vertikale Elektron-Elektron-Mikrowellenfrequenz. Die vertikale Elektron-Elektron-Mikrowellenfrequenz (f_MWV ) und die horizontale Elektron-Elektron-Mikrowellenfrequenz (f_MWH ) sind typischerweise zueinander gleich und damit typischerweise gleich einer gemeinsamen Elektron-Elektron-Mikrowellenfrequenz (f_MW );
f_MWV1: erste vertikale Elektron-Elektron-Mikrowellenfrequenz. Die erste vertikale Mikrowellenfrequenz (f_MWV1 ) und die erste horizontale Elektron-Elektron-Mikrowellenfrequenz (f_MWH1 ) sind typischerweise zueinander gleich und damit typischerweise gleich einer gemeinsamen ersten Elektron-Elektron-Mikrowellenfrequenz (f_MW1 );
f_MWVEE1: erste vertikale Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz;
f_RWCC: Kern-Kern-Radiowellenfrequenz. Die horizontale Kern-Kern-Radiowellenfrequenz (f_RWHCC ) und die vertikale Kern-Kern-Radiowellenfrequenz (f_RWVCC ) sind typischerweise gleich zueinander und gleich einer gemeinsamen Kern-Kern-Radiowellenfrequenz (f_RWCC );
f_RWHCC: horizontale Kern-Kern-Radiowellenfrequenz. Die horizontale Kern-Kern-Radiowellenfrequenz (f_RWHCC ) und die vertikale Kern-Kern-Radiowellenfrequenz (f_RWVCC ) sind typischerweise gleich zueinander und gleich einer gemeinsamen Kern-Kern-Radiowellenfrequenz (f_RWCC );
f_RWVCC: vertikale Kern-Kern-Radiowellenfrequenz. Die horizontale Kern-Kern-Radiowellenfrequenz (f_RWHCC ) und die vertikale Kern-Kern-Radiowellenfrequenz (f_RWVCC ) sind typischerweise gleich zueinander und gleich einer gemeinsamen Kern-Kern-Radiowellenfrequenz (f_RWCC );
f_{RWEC1_1}: erste Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz für die erste QuantenALU (QUALU1) zur Ansteuerung des ersten Kernquantenpunkts (CI1₁ ) der ersten QuantenALU (QUALU1);
f_{RWEC2_1}: zweite Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz für die erste QuantenALU (QUALU1) zur Ansteuerung des zweiten Kernquantenpunkts (CI1₂ ) der ersten QuantenALU (QUALU1);
f_{RWEC3_1}: dritte Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz für die erste QuantenALU (QUALU1) zur Ansteuerung des dritten Kernquantenpunkts (CI1₃ ) der ersten QuantenALU (QUALU1);
f_{RWEC1_2}: erste Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz für die zweite QuantenALU (QUALU2) zur Ansteuerung des ersten Kernquantenpunkts (CI2₁ ) der zweiten QuantenALU (QUALU2);
f_{RWEC2_2}: zweite Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz für die zweite QuantenALU (QUALU2) zur Ansteuerung des zweiten Kernquantenpunkts (CI2₂ ) der zweiten QuantenALU (QUALU2);
f_{RWEC3_2}: dritte Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz für die zweite QuantenALU (QUALU2) zur Ansteuerung des dritten Kernquantenpunkts (CI2₃ ) der zweiten QuantenALU (QUALU2);
HD: horizontale Treiberstufe (HD) zur Ansteuerung des anzusteuernden Quantenbits (QUB);
HD1: erste horizontale Treiberstufe (HD1) zur Ansteuerung des ersten anzusteuernden Quantenbits (QUB1);
HD2: zweite horizontale Treiberstufe (HD2) zur Ansteuerung des zweiten anzusteuernden Quantenbits (QUB2);
HD3: dritte horizontale Treiberstufe (HD3) zur Ansteuerung des dritten anzusteuernden Quantenbits (QUB3);
HLOT1: erste weitere horizontale Lot-Linie (HLOT1) parallel zur ersten Lot-Linie (LOT) vom Ort eines ersten virtuellen horizontalen Quantenpunkts (VHNV1) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI);
HLOT2: zweite weitere horizontale Lot-Linie (HLOT2) parallel zur zweiten Lot-Linie (LOT) vom Ort eines zweiten virtuellen horizontalen Quantenpunkts (VHNV2) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI);
HS1: erste horizontale Empfängerstufe (HS1), die mit der ersten horizontalen Treiberstufe (HD1) eine Einheit bilden kann, zur Ansteuerung des ersten anzusteuernden Quantenbits (QUB1);
HS2: zweite horizontale Empfängerstufe (HS2), die mit der zweiten horizontalen Treiberstufe (HD2) eine Einheit bilden kann, zur Ansteuerung des zweiten anzusteuernden Quantenbits (QUB3);
HS3: dritte horizontale Empfängerstufe (HS3), die mit der dritten horizontalen Treiberstufe (HD3) eine Einheit bilden kann, zur Ansteuerung des dritten anzusteuernden Quantenbits (QUB3);
IH: horizontaler Strom. Der horizontale Strom ist der elektrische Strom, der die horizontale Leitung (LH) durchströmt.
IH1: erster horizontaler Strom. Der erste horizontale Strom ist der elektrische Strom, der die erste horizontale Leitung (LH1) durchströmt.
IH2: zweiter horizontaler Strom. Der zweite horizontale Strom ist der elektrische Strom, der die zweite horizontale Leitung (LH2) durchströmt.
IH3: dritter horizontaler Strom. Der dritte horizontale Strom ist der elektrische Strom, der die dritte horizontale Leitung (LH3) durchströmt.
IH4: vierter horizontaler Strom. Der vierte horizontale Strom ist der elektrische Strom, der die vierte horizontale Leitung (LH4) durchströmt.
IHG1: erste horizontaler Gleichstromkomponente;
IHG2: zweite horizontaler Gleichstromkomponente;
IHi: i-ter horizontaler Strom. Der i-te horizontale Strom ist der elektrische Strom, der die i-te horizontale Leitung (LHi) durchströmt.
IHm: m-ter horizontaler Strom. Der m-te horizontale Strom ist der elektrische Strom, der die m-te horizontale Leitung (LHm) durchströmt.
IHM1: erster horizontaler Mikrowellenstrom mit dem die erste horizontale Leitung (LH1) bestromt wird;
IHM2: zweiter horizontaler Mikrowellenstrom mit dem die zweite horizontale Leitung (LH2) bestromt wird;
IHQUREG: inhomogenes Quantenregister;
IS: Isolation. Die bevorzugt verwendete Isolation hat die Aufgabe, die horizontale Leitung (LH) von der vertikalen Leitung (LV) elektrisch zu isolieren. Bevorzugt handelt es sich um ein Oxid, beispielsweise SiO₂, das bevorzugt aufgesputtert wird;
ISH1: erster horizontaler Abschirmstrom, der durch die erste horizontale Abschirmleitung (SH1) fließt;
ISH2: zweiter horizontaler Abschirmstrom Strom, der durch die zweite horizontale Abschirmleitung (SH2) fließt;
ISH3: dritter horizontaler Abschirmstrom Strom, der durch die dritte horizontale Abschirmleitung (SH3) fließt;
ISH4: vierter horizontaler Abschirmstrom Strom, der durch die vierte horizontale Abschirmleitung (SH3) fließt;
ISV1: erster vertikaler Abschirmstrom, der durch die erste vertikale Abschirmleitung (SV1) fließt;
ISV2: zweiter vertikaler Abschirmstrom, der durch die zweite vertikale Abschirmleitung (SV2) fließt;
ISV3: dritter vertikaler Abschirmstrom, der durch die dritte vertikale Abschirmleitung (SV3) fließt;
ISV4: vierter vertikaler Abschirmstrom, der durch die vierte vertikale Abschirmleitung (SV4) fließt;
IV: vertikaler Strom. Der vertikale Strom ist der elektrische Strom, der die vertikale Leitung (LV) durchströmt;
IV1: erster vertikaler Strom. Der erste vertikale Strom ist der elektrische Strom, der die erste vertikale Leitung (LV1) durchströmt;
IV2: zweiter vertikaler Strom. Der zweite vertikale Strom ist der elektrische Strom, der die zweite vertikale Leitung (LV2) durchströmt;
IV3: dritter vertikaler Strom. Der dritte vertikale Strom ist der elektrische Strom, der die dritte vertikale Leitung (LV3) durchströmt;
IV4: vierter vertikaler Strom. Der vierte vertikale Strom ist der elektrische Strom, der die vierte vertikale Leitung (LV4) durchströmt;
IVG1: erster vertikaler Gleichstrom;
IVG2: zweiter vertikaler Gleichstrom;
IVj: j-ter vertikaler Strom. Der j-te vertikale Strom ist der elektrische Strom, der die j-te vertikale Leitung (LVj) durchströmt;
IVM1: erster vertikaler Mikrowellenstrom mit dem die erste vertikale Leitung (LV1) bestromt wird;
IVM2: zweiter vertikaler Mikrowellenstrom mit dem die zweite vertikale Leitung (LV2) bestromt wird;
IVn: n-ter vertikaler Strom. Der n-te vertikale Strom ist der elektrische Strom, der die n-te vertikale Leitung (LVn) durchströmt;
ITO: Indium-Zinn-Oxid. Hierbei handelt es sich um ein beispielhaftes Material zur Herstellung der horizontalen (Leitung (LH) und/oder der vertikalen Leitung (LV);
KH11: erster horizontaler Kontakt des ersten Quantenbits (QUB1). Der erste horizontale Kontakt des ersten Quantenbits (QUB1) verbindet die erste horizontale Abschirmleitung (SH1) im ersten Quantenmit (QUB1) elektrisch mit dem Substrat (D) bzw. der epitaktischen Schicht (DEPI). Bevorzugt handelt es sich um einen Kontakt, der Titan umfasst oder aus Titan gefertigt ist;
KH12: erster horizontaler Kontakt des zweiten Quantenbits (QUB2). Der erste horizontale Kontakt des zweiten Quantenbits (QUB2) verbindet die erste horizontale Abschirmleitung (SH1) im zweiten Quantenbit (QUB2) elektrisch mit dem Substrat (D) bzw. der epitaktischen Schicht (DEPI) . Bevorzugt handelt es sich um einen Kontakt, der Titan umfasst oder aus Titan gefertigt ist;
KV11: erster vertikaler Kontakt des ersten Quantenbits (QUB1). Der erste vertikale Kontakt des ersten Quantenbits (QUB1) verbindet die erste vertikale Abschirmleitung (SH1) im ersten Quantenbit (QUB1) elektrisch mit dem Substrat (D) bzw. der epitaktischen Schicht (DEPI). Bevorzugt handelt es sich um einen Kontakt, der Titan umfasst oder aus Titan gefertigt ist;
KV12: zweiter vertikaler Kontakt des ersten Quantenbits (QUB1) und zweiten Quantenbits (QUB2). Das erste Quantenbit (QUB1) und das zweite Quantenbit (QUB2) nutzen den zweiten vertikalen Kontakt bevorzugt gemeinsam. Der zweite vertikale Kontakt des ersten Quantenbits (QUB1) und zweiten Quantenbits (QUB2) verbindet bevorzugt die zweite vertikale Abschirmleitung (SH2) bevorzugt auf der Grenze zwischen erstem Quantenbit (QUB1) und zweiten Quantenbit (QUB2) elektrisch mit dem Substrat (D) bzw. der epitaktischen Schicht (DEPI). Bevorzugt handelt es sich um einen Kontakt, der Titan umfasst oder aus Titan gefertigt ist;
KV13: dritter vertikaler Kontakt des zweiten Quantenbits (QUB2) und dritten Quantenbits (QUB3). Das zweite Quantenbit (QUB2) und das dritte Quantenbit (QUB3) nutzen den dritten vertikalen Kontakt bevorzugt gemeinsam. Der dritte vertikale Kontakt des zweiten Quantenbits (QUB2) und des dritten Quantenbits (QUB3) verbindet bevorzugt die dritte vertikale Abschirmleitung (SH3) bevorzugt auf der Grenze zwischen zweiten Quantenbit (QUB2) und dritten Quantenbit (QUB3) elektrisch mit dem Substrat (D) bzw. der epitaktischen Schicht (DEPI). Bevorzugt handelt es sich um einen Kontakt, der Titan umfasst oder aus Titan gefertigt ist;
LED: Lichtquelle. Die Lichtquelle dient bevorzugt der Erzeugung des „grünrn Lichts“ im Sinne dieser Schrift. Man beachte, dass das „grüne Licht“ nur bei der Verwendung von NV-Zentren in Diamant als Quantenpunkte (NV) in dem Substrat (D) tatsächlich bevorzugt eine grüne Farbe hat. Bei anderen Störstellen in anderen Substratkristallen kann dies erheblich anders sein. Daher handelt es sich um eine funktionale Definition. Bevorzugt wird eine LED oder ein Laser oder eine Laser-LED oder dergleichen verwendet. Typischerweise werden relativ hohe Beleuchtungsstärken verwendet. Daher kann die Lichtquelle auch optische Funktionselemente wie Linsen Spiegel etc. zur Strahlformung und Lenkung mitumfassen.
LEDDR: Lichtquellentreiber;
LH: horizontale Leitung;
LH1: erste horizontale Leitung;
LH2: zweite horizontale Leitung;
LH3: dritte horizontale Leitung;
LH4: vierte horizontale Leitung;
LHi: i-te horizontale Leitung;
LHj: j-te horizontale Leitung;
LHm: m-te horizontale Leitung;
LHn: n-te horizontale Leitung;
LOT: Lot-Linie (LOT) des Lots vom Ort des Quantenpunkts (NV) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI). Es handelt sich um eine gedachte Linie;
LOTP: Lotpunkt, an dem die Lot-Linie (LOT), die eine gedachte Linie ist, die Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) durchstößt. Es handelt sich somit um einen gedachten Punkt;
LV: vertikale Leitung;
LV1: erste vertikale Leitung;
LV2: zweite vertikale Leitung;
LV3: dritte vertikale Leitung;
LV4: vierte vertikale Leitung;
LVj: j-te vertikale Leitung;
LVn: n-te vertikale Leitung;
µC: Steuervorrichtung;
MFC: Magnetfeldkontrolle;
MFK: Magnetfeldkontrollvorrichtung (Aktor);
MFS: Magnetfeldsensor;
NV: Quantenpunkt. Bei dem Quantenpunkt handelt es sich bevorzugt um ein paramagnetisches Zentrum. Typischerweise handelt es sich bei dem paramagnetischen Zentrum um ein Farbzentrum in dem Substrat (D) und/oder in der Epitaxieschicht (DEPI). Handelt es sich dem Substrat (D) und/oder in der Epitaxieschicht (DEPI), so handelt es sich bevorzugt bei dem Farbzentrum um eines der bekannten Farbzentren in Diamant. Hierzu sei auf das Buch Alexander Zaitsev, „Optical Properties of Diamond“, Springer; Auflage: 2001 (20. Juni 2001) verwiesen.
NV1: erster Quantenpunkt des ersten Quantenbits (QUB1);
NV2: zweiter Quantenpunkt des zweiten Quantenbits (QUB2);
NV11: Quantenpunkt des Quantenbits (QUB11) in der ersten vertikalen Spalte und in der ersten horizontalen Zeile eines eindimensionalen Quantenregisters (QREG1D) oder eines zweidimensionalen Quantenregisters (QREG2D);
OF: Oberfläche des Substrats (D) oder der epitaktischen Schicht (DEPI). Im Sinne dieser Offenlegung wird die Oberfläche durch die Oberfläche des Stapels aus epitaktischer Schicht (DEPI) und Substrat (D) gebildet. Ist keine epitaktische Schicht vorhanden, so wird die Oberfläche durch die Oberfläche des Substrats (D) alleine im Sinne dieser Offenlegung gebildet.
φ₁: erster Phasenwinkel der Rabi-Oszillation des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) des Quantenregisters (QUREG);
φ₂: zweiter Phasenwinkel der Rabi-Oszillation des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) des Quantenregisters (QUREG);
QC: Quantencomputer;
QUALU: QuantenALU. Eine QuantenALU besteht im Sinne dieser Schrift aus zumindest einem Quantenpunkt (NV), bevorzugt aus genau einem Quantenpunkt (NV), und zumindest einem Kernquantenpunkt (CI), bevorzugt mehreren Kernquantenpunkten;
QUALU1: erste QuantenALU. Die beispielhafte erste QuantenALU besteht aus einem ersten Quantenpunkt (NV1) und einem ersten Kernquantenpunkt (CI1);
QUALU1': erste QuantenALU. Die beispielhafte erste QuantenALU besteht aus einem ersten Quantenpunkt (NV1) und einem ersten Kernquantenpunkt (CI1₁ ) der ersten QuantenALU und einem zweiten Kernquantenpunkt (CI1₂ ) der ersten QuantenALU und einem dritten Kernquantenpunkt (CI1₃ ) der ersten QuantenALU (20);
QUALU11: QuantenALU in der ersten Zeile und ersten Spalte;
QUALU12: QuantenALU in der ersten Zeile und zweiten Spalte;
QUALU13: QuantenALU in der ersten Zeile und dritten Spalte;
QUALU21: QuantenALU in der zweiten Zeile und ersten Spalte;
QUALU22: QuantenALU in der zweiten Zeile und zweiten Spalte;
QUALU23: QuantenALU in der zweiten Zeile und dritten Spalte;
QUALU31: QuantenALU in der dritten Zeile und ersten Spalte;
QUALU32: QuantenALU in der dritten Zeile und zweiten Spalte;
QUALU33: QuantenALU in der dritten Zeile und dritten Spalte;
QUALU2: zweite QuantenALU. Die beispielhafte zweite QuantenALU besteht aus einem zweiten Quantenpunkt (NV2) und einem zweiten Kernquantenpunkt (CI2);
QUALU2': zweite QuantenALU. Die beispielhafte zweite QuantenALU besteht aus einem zweiten Quantenpunkt (NV2) und einem ersten Kernquantenpunkt (CI2₁ ) der zweiten QuantenALU und einem zweiten Kernquantenpunkt (CI2₂ ) der zweiten QuantenALU und einem dritten Kernquantenpunkt (CI2₃ ) der zweiten QuantenALU (20);
QUREG: Quantenregister;
QUREG1D: eindimensionales Quantenregister;
QUREG2D: zweidimensionales Quantenregister;
QUB: Quantenbit;
QUB1: erstes Quantenbit des Quantenregisters (QUREG);
QUB2: zweites Quantenbit des Quantenregisters (QUREG);
QUB3: drittes Quantenbit des Quantenregisters (QUREG);
QUB4: viertes Quantenbit des Quantenregisters (QUREG);
QUBi: i-tes Quantenbit des Quantenregisters (QUREG);
QUBj: j-tes Quantenbit des Quantenregisters (QUREG);
QUBn: n-tes Quantenbit des Quantenregisters (QUREG);
SH1: erste horizontale Abschirmleitung;
SH2: zweite horizontale Abschirmleitung;
SH3: dritte horizontale Abschirmleitung;
SH4: vierte horizontale Abschirmleitung;
SHi: i-te horizontale Abschirmleitung;
SHm: m-te horizontale Abschirmleitung;
sp12: Abstand zwischen dem ersten Quantenpunkt (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) und dem zweiten Quantenpunkt (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) des beispielshaften Quantenregisters (QUREG);
SV1: erste horizontale Abschirmleitung;
SV2: zweite vertikale Abschirmleitung;
SV3: dritte vertikale Abschirmleitung;
SV4: vierte vertikale Abschirmleitung;
SVj: j-te vertikale Abschirmleitung;
SVn: n-te vertikale Abschirmleitung;
SW1: erster Schwellwert;
VD: vertikale Treiberstufe zur Ansteuerung des anzusteuernden Quantenbits (QUB);
VD1: ersten vertikale Treiberstufe zur Ansteuerung des ersten anzusteuernden Quantenbits (QUB1);
VD2: zweite vertikale Treiberstufe zur Ansteuerung des zweiten anzusteuernden Quantenbits (QUB2);
VD3: dritte vertikale Treiberstufe zur Ansteuerung des dritten anzusteuernden Quantenbits (QUB3);
VLOT1: erste weitere vertikale Lot-Linie parallel zur Lot-Linie (LOT) vom Ort eines ersten virtuellen vertikalen Kernquantenpunkts (VVCI1) und/oder eines ersten vertikalen Quantenpunkts (VVNV1) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI);
VLOT2: zweite weitere vertikale Lot-Linie parallel zur Lot-Linie (LOT) vom Ort eines zweiten virtuellen vertikalen Kernquantenpunkts (VVCI2) und/oder eines zweiten vertikalen Quantenpunkts (VVNV2) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI);
VLOTP1: erster weiterer vertikaler Lotpunkt;
VLOTP2: zweiter weiterer vertikaler Lotpunkt;
VHNV1: erster virtueller horizontaler Quantenpunkt;
VHNV2: zweiter virtueller horizontaler Quantenpunkt;
VVNV1: erster virtueller vertikaler Quantenpunkt;
VVNV2: zweiter virtueller vertikaler Quantenpunkt;
VS1: erste vertikale Empfängerstufe, die mit der ersten vertikalen Treiberstufe (VD1) eine Einheit bilden kann, zur Ansteuerung des ersten anzusteuernden Quantenbits (QUB1);
VS2: zweite vertikale Empfängerstufe, die mit der zweiten vertikalen Treiberstufe (VD2) eine Einheit bilden kann, zur Ansteuerung des zweiten anzusteuernden Quantenbits (QUB2);
VS3: dritte vertikale Empfängerstufe, die mit der dritten vertikalen Treiberstufe (VD3) eine Einheit bilden kann, zur Ansteuerung des dritten anzusteuernden Quantenbits (QUB3);

Liste der zitierten Schriften
Patentliteratur
US 9 317 473 B2
Nichtpatentliteratur
Alexander Zaitsev, „Optical Properties of Diamond“, Springer; Auflage: 2001 (20. Juni 2001)
Mathias H. Metsch, Katharina Senkalla, Benedikt Tratzmiller, Jochen Scheuer, Michael Kern, Jocelyn Achard, Alexandre Tallaire, Martin B. Plenio, Petr Siyushev, and Fedor Jelezko, „Initialization and Readout of Nuclear Spins via a Negatively Charged Silicon-Vacancy Center in Diamond" Phys. Rev. Lett. 122, 190503 - Published 17 May 2019
Unden T, Tomek N, Weggier T, Frank F, London P, Zopes J, Degen C, Raatz N, Meijer J, Watanabe H, Itoh K M, Plenio M B, Naydenov B & Jelezko F, „Coherent control of solid state nuclear spin nanoensemble", npj Quantum Information 4, Article number: 39 (2018)
Häußler S, Thiering G, Dietrich A, Waasem N, Teraji T, Isoya J, Iwasaki T, Hatano M, Jelezko F, Gali A, Kubanek A, „Photoluminescence excitation spectroscopy of SiV- and GeV- color center in diamond", New Journal of Physics, Volume 19 (2017)
Matthias Pfender, Nabeel Aslam, Patrick Simon, Denis Antonov, Gergő Thiering, Sina Burk, Felipe Fävaro de Oliveira, Andrej Denisenko, Helmut Fedder, Jan Meijer, Jose A. Garrido, Adam Gali, Tokuyuki Teraji, Junichi Isoya, Marcus William Doherty, Audrius Alkauskas, Alejandro Gallo, Andreas Grüneis, Philipp Neumann, and Jörg Wrachtrup, „Protecting a Diamond Quantum Memory by Charge State Control", DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b01796, Nano Lett. 2017, 17, 5931-5937
Petr Siyushev, Milos Nesladek, Emilie Bourgeois, Michal Gulka, Jaroslav Hruby, Takashi Yamamoto, Michael Trupke, Tokuyuki Teraji, Junichi Isoya, Fedor Jelezko, „Photoelectrical imaging and coherent spin-state readout of single nitrogen-vacancy centers in diamond", Science 15 Feb 2019: Vol. 363, Issue 6428, pp. 728-731, DOI: 10.1126/science.aav2789
Gurudev Dutt, Liang Jiang, Jeronimo R. Maze, A. S. Zibrov „Quantum Register Based on Individual Electronic and Nuclear Spin Qubits in Diamond", Science, Vol. 316, 1312-1316, 01.06.2007, DOI: 10. 1126/science. 1139831
Thiago P. Mayer Alegre, Antonio C. Torrezan de Souza, Gilberto Medeiros-Ribeiro, „Microstrip resonator for microwaves with controllable polarization“, arXiv:0708.0777v2 [cond-mat.other] 11.10.2007
Benjamin Smeltzer, Jean Mclntyre, Lilian Childress „Robust control of individual nuclear spins in diamond", Phys. Rev. A 80, 050302(R) - 25 November 2009
Timothy J. Proctor, Erika Andersson, Viv Kendon „Universal quantum computation by the unitary control of ancilla qubits and using a fixed ancilla-register interaction", Phys. Rev. A 88, 042330 -24 Okt. 2013
Yuting Ping, Brendon W. Lovett, Simon C. Benjamin, Erik M. Gauger, „Practicality of Spin Chain Wiring in Diamond Quantum Technologies“ Phys. Rev. Lett. 110, 100503
Tobias Lühmann, Roger John, Ralf Wunderlich, Jan Meijer, Sebastien Pezzagna, „Coulomb-driven single defect engineering for scalable qubits and spin sensors in diamond“, Nat Commun 10, 4956 (2019).https://doi.org/10.1038/s41467-019-12556-0
Merkmale des Konzepts
VORBEMERKUNGEN
Die Merkmalsliste gibt die Merkmale des Vorschlags wieder.
QUANTENBIT-KONSTRUKTIONEN 1- 78
QUANTENBIT (QUB) 1-39

1. Quantenbit (QUB)
- - umfassend eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Quantenpunkts (NV)
- - mit einem Substrat (D) und
- - ggf. mit einer epitaktischen Schicht (DEPI) und
- - mit einem Quantenpunkt (NV) und
- - mit einer Vorrichtung, die zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wellenfeldes, insbesondere eines Mikrowellenfeldes (B_MW) und/oder eines Radiowellenfeldes (B_RW), am Ort des Quantenpunkts (NV) geeignet ist,
- - wobei die epitaktische Schicht (DEPI), sofern vorhanden, auf dem Substrat (D) aufgebracht ist und
- - wobei das Substrat (D) und/oder die ggf. vorhandene epitaktische Schicht (DEPI) eine Oberfläche (OF) aufweist und
- - wobei der Quantenpunkt (NV) ein paramagnetisches Zentrum in dem Substrat (D) und/oder in der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) ist und
- - wobei der Quantenpunkt (NV) einen Quantenpunkttyp aufweist und
- - wobei ein Lot längs einer Lot-Linie (LOT) vom Ort des Quantenpunkts (NV) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gefällt werden kann und
- - wobei die Lot-Linie (LOT) die Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) an einem Lotpunkt (LOTP) durchstößt und
- - wobei die Vorrichtung, die zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wellenfeldes geeignet ist, sich auf der Oberfläche des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) befinden und
- - wobei die Vorrichtung, die zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wellenfeldes sich in der Nähe des Lot-Punktes (LOTP) oder am Lot-Punkt (LOTP) befindet.
2. Quantenbit (QUB), insbesondere nach Merkmal 1,
- - wobei die Vorrichtung, die zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wellenfeldes, insbesondere eines Mikrowellenfeldes (B_MW) und/oder eines Radiowellenfeldes (B_RW), eine Vorrichtung, die zur Erzeugung eines zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfeldes ist.
3. Quantenbit (QUB), insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale 1 bis 2,
- - umfassend eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Quantenpunkts (NV)
- - mit einem Substrat (D) und
- - ggf. mit einer epitaktischen Schicht (DEPI) und
- - mit einem Quantenpunkt (NV) und
- - mit einer horizontalen Leitung (LH) und
- - mit einer vertikalen Leitung (LV),
- - wobei die epitaktische Schicht (DEPI), sofern vorhanden, auf dem Substrat (D) aufgebracht ist und
- - wobei das Substrat (D) und/oder die ggf. vorhandene epitaktische Schicht (DEPI) eine Oberfläche (OF) aufweist und
- - wobei der Quantenpunkt (NV) ein paramagnetisches Zentrum in dem Substrat (D) und/oder in der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) ist und
- - wobei der Quantenpunkt (NV) einen Quantenpunkttyp aufweist und
- - wobei ein Lot längs einer Lot-Linie (LOT) vom Ort des Quantenpunkts (NV) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gefällt werden kann und
- - wobei die Lot-Linie (LOT) die Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) an einem Lotpunkt (LOTP) durchstößt und
- - wobei sich die horizontale Leitung (LH) und die vertikale Leitung (LV) auf der Oberfläche des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) befinden und
- - wobei sich die horizontale Leitung (LH) und die vertikale Leitung (LV) in der Nähe des Lot-Punktes (LOTP) oder am Lot-Punkt (LOTP) in einem von null verschiedenen Kreuzungswinkel (α) kreuzen.
4. Quantenbit (QUB) nach dem vorausgehenden Merkmal und Merkmal 3
- - wobei die horizontale Leitung (LH) von der vertikalen Leitung (LV) elektrisch isoliert ist.
5. Quantenbit (QUB) nach dem vorausgehenden Merkmal und Merkmal 3
- - wobei die horizontale Leitung (LH) von der vertikalen Leitung (LV) mittels einer elektrischen Isolation (IS) elektrisch isoliert ist.
6. Quantenbit nach einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale
- - wobei die horizontale Leitung (LH) und/oder die vertikale Leitung (LV) aus Material gefertigt, dass bei unterschreiten einer kritischen Temperatur supraleitend ist und das insbesondere dazu bestimmt und/oder vorgesehen ist, bei dieser Temperatur betrieben zu werden.
7. Quantenbit nach dem vorhergehenden Merkmal
- - wobei die horizontale Leitung (LH) und/oder die vertikale Leitung (LV) Öffnungen aufweist oder als abschnittsweise parallelgeführte Leitungen ausgeführt sind, insbesondere um ein sogenanntes Pinning zu verindern.
8. Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale und Merkmal 3
- - wobei die horizontale Leitung (LH) und/oder die vertikale Leitung (LV) für grünes Licht transparent ist und
- - wobei insbesondere die horizontale Leitung (LH) und/oder die vertikale Leitung (LV) aus einem elektrisch leitenden und optisch für grünes Licht transparenten Material, insbesondere aus Indium-Zinn-Oxid (gebräuchliche Abkürzung ITO) gefertigt ist.
9. Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale und Merkmal 3
- - wobei das Quantenbit (QUB) eine Oberfläche (OF) mit der horizontalen Leitung (LH) und mit der vertikalen Leitung (LV) aufweist und
- - wobei das Quantenbit (QUB) eine der Oberfläche (OF) gegenüberliegende Unterseite (US) aufweist und
- - wobei das Quantenbit (QUB) so montiert wird, dass die Unterseite (US) des Quantenbits (QUB) mit grünem Licht so bestahlt werden kann, dass das güne Licht den Quantenpunkt (NV) erreichen und beeinflussen kann.
10. Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale und Merkmal 3
- - wobei ein Winkel (α) im Wesentlichen ein rechter Winkel ist.
11. Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale und Merkmal 3
- - wobei die horizontale Leitung (LH) und die vertikale Leitung (LV) einen Winkel von 45° gegenüber der Achse der des Quantenpunkts (NV), insbesondere des NV-Zentrums (NV), besitzen, um die Magnetfeldlinien der horizontalen Leitung und der vertikalen Leitung (LV) zu addieren.
12. Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale
- - wobei der Quantenpunkttyp des Quantenbits dadurch gekennzeichnet ist, dass das Substrat (D) Diamant umfasst.
13. Quantenbit nach dem vorhergehenden Merkamal,
- - Wobei die Oberflächennormale des Diamanten in eine der Richtungen (111) oder (100) oder (113) zeigt.
14. Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale
- - wobei der Quantenpunkttyp des Quantenbits dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Quantenpunkt (NV) ein paramagnetisches Zentrum ist.
15. Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale
- - wobei der Quantenpunkttyp des Quantenbits dadurch gekennzeichnet ist, dass das Substrat (D) ein Diamant-Material umfasst und ein Quantenpunkt (NV) ein NV-Zentrum in dem Diamant-Material ist.
16. Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale
- - wobei der Quantenpunkttyp des Quantenbits dadurch gekennzeichnet ist, dass das Substrat (D) Diamant umfasst und ein Quantenpunkt (NV) ein SiV-Zentrum ist.
17. Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale
- - wobei der Quantenpunkttyp des Quantenbits dadurch gekennzeichnet ist, dass das Substrat (D) Diamant umfasst und ein Quantenpunkt (NV) ein L2-Zentrum oder ST1-Zentrum ist.
18. Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale
- - wobei der Quantenpunkttyp des Quantenbits dadurch gekennzeichnet ist,
- - dass das Substrat (D) Diamant umfasst und
- - dass der Quantenpunkt (NV) eine Fehlstelle (Englisch Vacancy) umfasst.
19. Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale
- - wobei der Quantenpunkttyp des Quantenbits dadurch gekennzeichnet ist,
- - dass das Substrat (D) Diamant umfasst und
- - dass der Quantenpunkt (NV) ein Si-Atom oder ein Ge-Atom oder ein N-Atom oder ein P-Atom oder ein As-Atom oder ein Sb-Atom oder ein Bi-Atom oder ein Sn-Atom oder ein Mn-Atom oder ein F-Atom oder ein anderes Atom, das in Diamant ein Farbzentrun mit einem paramagnetischen Verhalten erzeugt, umfasst.
20. Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale
- - wobei der Quantenpunkttyp des Quantenbits dadurch gekennzeichnet ist,
- - dass das Substrat (D) Diamant umfasst und
Dass ein Quantenpunkt (NV) ein NV-Zentrum mit einem ¹⁴N Isotop als Stickstoffatom ist.
21. Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale ohne Merkmal 20
- - wobei der Quantenpunkttyp des Quantenbits dadurch gekennzeichnet ist,
- - dass das Substrat (D) ein Diamant-Material umfasst und
- - dass ein Quantenpunkt (NV) ein NV-Zentrum in dem Diamant-Material mit einem ¹⁵N Isotop als Stickstoffatom als Stickstoffatom ist.
22. Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale
- - wobei der Quantenpunkttyp des Quantenbits dadurch gekennzeichnet ist, dass das Substrat (D) ein Diamant-Material umfasst und
- - wobei ein oder mehrere ¹³C-Isotope in der Nähe des Quantenpunkts (NV) angeordnet ist und
- - wobei Nähe hier so zu verstehen ist, dass das Magnetfeld des Kernspins des einen oder der mehreren¹³C-Atome den Spin einer Elektronenkonfiguration des Quantenpunkts (NV) beeinflussen können und dass der Spin der Elektronenkonfiguration des Quantenpunkts (NV) den Kernspin eines oder mehrerer dieser ¹³C-Isotope beeinflussen kann.
23. Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale
- - wobei der Quantenpunkttyp des Quantenbits dadurch gekennzeichnet ist, dass das Substrat (D) ein Diamant-Material umfasst und
- - wobei ein oder mehrere Isotope mit einem Kernspin in der Nähe des Quantenpunkts (NV) angeordnet ist und
- - wobei Nähe hier so zu verstehen ist, dass das Magnetfeld des Kernspins des einen oder der mehreren Isotope den Spin einer Elektronenkonfiguration des Quantenpunkts (NV) beeinflussen können und dass der Spin der Elektronenkonfiguration des Quantenpunkts (NV) den Kernspin eines oder mehrerer dieser Isotope beeinflussen kann.
24. Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale
- - wobei der Quantenpunkttyp des Quantenbits dadurch gekennzeichnet ist, dass das Substrat (D) ein Diamant-Material umfasst und
- - wobei das Diamant-Material eine epitaktisch aufgewachsene isotopenreine Schicht aus ¹²C-lsotopen umfasst.
25. Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale
- - wobei das Substrat (D) im Bereich des Quantenpunkts (NV) n-dotiert ist.
26. Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale
- - wobei das Substrat (D) im Bereich des Quantenpunkts (NV) mit Schwefel dotiert ist.
27. Quantenbit nach einem oder mehreren der Merkmale 25 bis 26
- - wobei der Quantenpunkt negativ geladen ist und insbesondere ein NV-Zentrum ist.
28. Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale
- - wobei das Substrat (D) im Bereich des Quantenpunkts (NV) mit kernspinfreiem Schwefel dotiert ist.
29. Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale
- - wobei das Substrat (D) im Bereich des Quantenpunkts (NV) mit ³²S-lsotopen dotiert ist.
30. Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale
- - wobei das Substrat (D) im Bereich des Quantenpunkts (NV) mit kernspinfreien Isotopen dotiert ist.
31. Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale
- - wobei sich der Quantenpunkt (NV) in einem ersten Abstand (d1) längs der Lot-Linie (LOT) unter der Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) befindet und
- - wobei der erste Abstand (d1) 2 nm bis 60 nm beträgt und/oder 5 nm bis 30 nm beträgt und/oder 10 nm bis 20 nm beträgt, wobei insbesondere ein erster Abstand (d1) von 5 nm bis 30 nm bevorzugt ist.
32. Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale
- - wobei die horizontale Leitung (LH, LH1) Teil einer Mikrostreifenleitung und/oder Teil einer Tri-Plate-Leitung ist und/oder
- - wobei die vertikale Leitung (LV, LV1) Teil einer Mikrostreifenleitung und/oder Teil einer Tri-Plate-Leitung (SV1, LH, SV2) ist.
33. Quantenbit (QUB) nach Merkmal 32
- - wobei die Mikrostreifenleitung eine erste vertikale Abschirmleitung (SV1) und die vertikale Leitung (LV) umfasst oder
- - wobei die Mikrostreifenleitung eine erste horizontale Abschirmleitung (SH1) und die horizontale Leitung (LV) umfasst.
34. Quantenbit (QUB) nach Merkmal 32
- - wobei die Tri-Plate-Leitung eine erste vertikale Abschirmleitung (SV1) und eine zweite vertikale Abschirmleitung (SV2) und die vertikale Leitung (LV), die zumindest teilweise zwischen der ersten vertikalen Abschirmleitung (SV1) und der zweiten vertikalen Abschirmleitung (SV2) verläuft, umfasst oder
- - wobei die Tri-Plate-Leitung eine erste horizontale Abschirmleitung (SH1) und eine zweite horizontale Abschirmleitung (SH2) und die horizontale Leitung (LV), die zumindest teilweise zwischen der ersten horizontalen Abschirmleitung (SH1) und der zweiten horizontalen Abschirmleitung (SH2) verläuft, umfasst.
35. Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale 32 und 34
- - wobei die Summe der Ströme (ISV1, IV, ISV2) durch die Tri-Plate-Leitung (SV1, LV, SV2) null ist.
36. Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale 32 und 34
- - wobei ein erstes weiteres vertikales Lot längs einer ersten weiteren vertikalen Lot-Linie (VLOT1) parallel zur ersten Lot-Linie (LOT) vom Ort eines ersten virtuellen vertikalen Quantenpunkts (VVNV1) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gefällt werden kann und
- - wobei der erste virtuelle vertikale Quantenpunkt (VVNV1) sich in dem ersten Abstand (d1) von der Oberfläche (OF) befindet und
- - wobei die erste weitere vertikale Lot-Linie (VLOT1) die Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) an einem ersten weiteren vertikalen Lotpunkt (VLOTP1) durchstößt und
- - wobei sich die horizontale Leitung (LH) und die erste vertikale Abschirmleitung (SV1) auf der Oberfläche des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) befinden und
- - wobei sich die horizontale Leitung (LH) und die erste vertikale Abschirmleitung (SV1) in der Nähe des ersten vertikalen Lot-Punktes (VLOTP1) oder am ersten vertikalen Lot-Punkt (VLOTP1) in dem von null verschiedenen Kreuzungswinkel (α) kreuzen und
- - wobei ein zweites weiteres vertikales Lot längs einer zweiten weiteren vertikalen Lot-Linie (VLOT2) parallel zur ersten Lot-Linie (LOT) vom Ort eines zweiten virtuellen vertikalen Quantenpunkts (VVNV2) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gefällt werden kann und
- - wobei der zweite virtuelle vertikale Quantenpunkt (VVNV2) sich in dem ersten Abstand (d1) von der Oberfläche (OF) befindet und
- - wobei die zweite weitere vertikale Lot-Linie (VLOT2) die Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) an einem zweiten weiteren vertikalen Lotpunkt (VLOTP2) durchstößt und
- - wobei sich die horizontale Leitung (LH) und die zweite vertikale Abschirmleitung (SV2) auf der Oberfläche des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) befinden und
- - wobei sich die horizontale Leitung (LH) und die zweite vertikale Abschirmleitung (SV2) in der Nähe des zweiten vertikalen Lot-Punktes (VLOTP2) oder am zweiten vertikalen Lot-Punkt (VLOTP2) in dem von null verschiedenen Kreuzungswinkel (α) kreuzen und
- - wobei die Einzelströme (ISV1, IV, ISV2) durch die einzelnen Leitungen (SV1, LV, SV2) der Tri-Plate-Leitung so gewählt sind,
  - - dass der Betrag des ersten virtuellen vertikalen magnetischen Flussdichtevektors (B_VVNV1 ) am Ort des ersten virtuellen vertikalen Quantenpunkts (VVNV1) nahezu Null ist und
  - - dass der Betrag des zweiten virtuellen vertikalen magnetischen Flussdichtevektors (B_VVNV2 ) am Ort des zweiten virtuellen vertikalen Quantenpunkts (VVNV2) nahezu Null ist und
  - - dass der Betrag des magnetischen Flussdichtevektors (B_NV ) am Ort des Quantenpunkts (NV) von Null verschieden ist.
37. Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale 32 bis 36
- - wobei ein erstes weiteres horizontales Lot längs einer ersten weiteren horizontalen Lot-Linie (HLOT1) parallel zur ersten Lot-Linie (LOT) vom Ort eines ersten virtuellen horizontalen Quantenpunkts (VHNV1) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gefällt werden kann und
- - wobei der erste virtuelle horizontale Quantenpunkt (VHNV1) sich in dem ersten Abstand (d1) von der Oberfläche (OF) befindet und
- - wobei die erste weitere horizontale Lot-Linie (VLOT1) die Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) an einem ersten weiteren horizontalen Lotpunkt (HLOTP1) durchstößt und
- - wobei sich die vertikale Leitung (LV) und die erste horizontale Abschirmleitung (SH1) auf der Oberfläche des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) befinden und
- - wobei sich die vertikale Leitung (LV) und die erste horizontale Abschirmleitung (SH1) in der Nähe des ersten horizontalen Lot-Punktes (HLOTP1) oder am ersten horizontalen Lot-Punkt (HLOTP1) in dem von null verschiedenen Kreuzungswinkel (α) kreuzen und
- - wobei ein zweites weiteres horizontales Lot längs einer zweiten weiteren horizontalen Lot-Linie (HLOT2) parallel zur ersten Lot-Linie (LOT) vom Ort eines zweiten virtuellen horizontalen Quantenpunkts (VHNV2) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gefällt werden kann und
- - wobei der zweite virtuelle horizontale Quantenpunkt (VHNV2) sich in dem ersten Abstand (d1) von der Oberfläche (OF) befindet und
- - wobei die zweite weitere horizontale Lot-Linie (HLOT2) die Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) an einem zweiten weiteren horizontalen Lotpunkt (HLOTP2) durchstößt und
- - wobei sich die vertikale Leitung (LV) und die zweite horizontale Abschirmleitung (SH2) auf der Oberfläche des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) befinden und
- - wobei sich die vertikale Leitung (LV) und die zweite horizontale Abschirmleitung (SH2) in der Nähe des zweiten horizontalen Lot-Punktes (HLOTP2) oder am zweiten horizontalen Lot-Punkt (HLOTP2) in dem von null verschiedenen Kreuzungswinkel (α) kreuzen und
- - wobei die Einzelströme (ISH1, IH, ISH2) durch die einzelnen Leitungen (SH1, LH, SH2) der Triplate-Leitung so gewählt sind,
  - - dass der Betrag des ersten virtuellen horizontalen magnetischen Flussdichtevektors (B_VHNV1 ) am Ort des ersten virtuellen horizontalen Quantenpunkts (VHNV1) nahezu Null ist und
  - - dass der Betrag des zweiten virtuellen horizontalen magnetischen Flussdichtevektors (B_VHNV2 ) am Ort des zweiten virtuellen horizontalen Quantenpunkts (VHNV2) nahezu Null ist und
  - - dass der Betrag des magnetischen Flussdichtevektors (B_NV ) am Ort des Quantenpunkts (NV) von Null verschieden ist.
38. Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale 32 bis 36
- - wobei im Bereich oder in der Nähe des Lotpunkts (LOTP) das Substrat (D) mittels zumindest eines ersten horizontalen ohmschen Kontakts (KH11) mit der ersten horizontalen Abschirmleitung (SH1) verbunden ist und /oder
- - wobei im Bereich oder in der Nähe des Lotpunkts (LOTP) das Substrat (D) mittels zumindest eines zweiten horizontalen ohmschen Kontakts (KH12) mit der zweiten horizontalen Abschirmleitung (SH2) verbunden ist und /oder
- - wobei im Bereich oder in der Nähe des Lotpunkts (LOTP) das Substrat (D) mittels zumindest eines ersten vertikalen ohmschen Kontakts (KV11) mit der ersten vertikalen Abschirmleitung (SV1) verbunden ist und /oder
- - wobei im Bereich oder in der Nähe des Lotpunkts (LOTP) das Substrat (D) mittels zumindest eines zweiten vertikalen ohmschen Kontakts (KV12) mit der zweiten vertikalen Abschirmleitung (SV2) verbunden ist und/oder
- - wobei im Bereich oder in der Nähe des Lotpunkts (LOTP) das Substrat (D) mittels zumindest eines zweiten vertikalen ohmschen Kontakts (KV12) mit einer Absaugleitung verbunden ist.
39. Quantenbit (QUB) nach dem vorhergehenden Merkmal
- - wobei ein ohmscher Kontakt (KV11, KV12, KH11, KH12) Titan umfasst.

KERN(SPIN)QUANTENBIT (CQUB) 40-78

40. Kernquantenbit (CQUB)
- - umfassend eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Kernquantenpunkts (Cl)
- - mit einem Substrat (D) und
- - ggf. mit einer epitaktischen Schicht (DEPI) und
- - mit einem Kernquantenpunkt (Cl) und
- - mit einer Vorrichtung, die zur Erzeugung eines elektromagnetischen zirkular polarisierten Wellenfeldes (B_RW ) am Ort des Kernquantenpunkts (CI) geeignet ist,
- - wobei die epitaktische Schicht (DEPI), sofern vorhanden, auf dem Substrat (D) aufgebracht ist und
- - wobei das Substrat (D) und/oder die ggf. vorhandene epitaktische Schicht (DEPI) eine Oberfläche (OF) aufweist und
- - wobei der Kernquantenpunkt (Cl) ein magnetisches Moment, insbesondere einen Kernspin, aufweist und
- - wobei die Vorrichtung, die zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wellenfeldes (B_RW ) geeignet ist, sich auf der Oberfläche des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) befinden.
41. Kernquantenbit (CQUB) nach Merkmal 40
- - wobei die Vorrichtung, die zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wellenfeldes (B_RW ) geeignet ist, zur Erzeugung eines elektromagnetischen zirkular polarisierten Wellenfeldes (B_RW ) geeignet ist
42. Kernquantenbit (CQUB) nach Merkmal 40 und 41
- - wobei ein Lot längs einer Lot-Linie (LOT) vom Ort des Kernquantenpunkts (Cl) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gefällt werden kann und
- - wobei die Lot-Linie (LOT) die Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) an einem Lotpunkt (LOTP) durchstößt und
- - wobei die Vorrichtung, die zur Erzeugung eines, insbesondere zirkular polarisierten, elektromagnetischen Wellenfeldes, insbesondere eines Radiowellenfeldes (B_RW ), sich in der Nähe des Lot-Punktes (LOTP) oder am Lot-Punkt (LOTP) befindet.
43. Kernquantenbit (CQUB), insbesondere nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 40 bis 42,
- - mit einer horizontalen Leitung (LH) und
- - mit einer vertikalen Leitung (LV),
- - wobei sich die horizontale Leitung (LH) und die vertikale Leitung (LV) auf der Oberfläche des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) befinden.
44. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 40 bis 43
- - wobei die horizontale Leitung (LH) und die vertikale Leitung (LV) die Vorrichtung, die zur Erzeugung eines, insbesondere zirkular polarisierten, elektromagnetischen Wellenfeldes, insbesondere eines Radiowellenfeldes (B_RW), am Ort des Kernquantenpunkts (CI) geeignet ist, bilden.
45. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 40 bis 44 und dem vorausgehenden Merkmal 43
- - wobei ein Lot längs einer Lot-Linie (LOT) vom Ort des Kernquantenpunkts (Cl) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gefällt werden kann und
- - wobei die Lot-Linie (LOT) die Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) an einem Lotpunkt (LOTP) durchstößt und
- - wobei sich die horizontale Leitung (LH) und die vertikale Leitung (LV) in der Nähe des Lot-Punktes (LOTP) oder am Lot-Punkt (LOTP) in einem von null verschiedenen Kreuzungswinkel (α) kreuzen.
46. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 40 bis 45 und Merkmal 43
- - wobei die horizontale Leitung (LH) von der vertikalen Leitung (LV) elektrisch isoliert ist.
47. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 40 bis 46 und dem vorausgehenden Merkmal 43
- - wobei die horizontale Leitung (LH) von der vertikalen Leitung (LV) mittels einer elektrischen Isolation (IS) elektrisch isoliert ist.
48. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 40 bis 47 und dem vorausgehenden Merkmal 43
- - wobei die horizontale Leitung (LH) und/oder die vertikale Leitung (LV) für grünes Licht transparent ist und
- - wobei insbesondere die horizontale Leitung (LH) und/oder die vertikale Leitung (LV) aus einem elektrisch leitenden und optisch für grünes Licht transparenten Material, insbesondere aus Indium-Zinn-Oxid (gebräuchliche Abkürzung ITO) gefertigt ist.
49. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 40 bis 48 und Merkmal 45
- - wobei ein Winkel (α) im Wesentlichen ein rechter Winkel ist.
50. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 40 bis 49
- - wobei das Substrat (D) ein paramagnetisches Zentrum umfasst.
51. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 40 bis 50
- - wobei das Substrat (D) einen Quantenpunkt (NV) umfasst.
52. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 40 bis 51
- - wobei das Substrat (D) Diamant umfasst.
53. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 51 bis 52
- - wobei das Substrat (D) Diamant mit einem NV-Zentrum als Quantenpunkt (NV) umfasst.
54. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 40 bis 53
- - wobei das Substrat (D) Diamant und einen Quantenpunkt (NV) umfasst und
- - wobei ein Quantenpunkt (NV) ein SiV-Zentrum ist.
55. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 40 bis 54
- - wobei das Substrat (D) Diamant und einen Quantenpunkt (NV) umfasst und
- - wobei der Quantenpunkt (NV) eine Fehlstelle (Englisch Vacancy) umfasst.
56. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 40 bis 55
- - wobei das Substrat (D) Diamant und einen Quantenpunkt (NV) umfasst und
- - wobei der Quantenpunkt (NV) ein Si-Atom oder ein Ge-Atom oder ein N-Atom oder ein P-Atom oder ein As-Atom oder ein Sb-Atom oder ein Bi-Atom oder ein Sn-Atom oder ein Mn-Atom oder eine F-Atom oder ein anderes Atom, das in Diamant ein Farbzentrun mit einem paramagnetischen Verhalten erzeugt, umfasst.
57. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 40 bis 56
- - wobei das Substrat (D) Diamant umfasst und ein Kernquantenpunkt (Cl) der Atomkern eines ¹³C-Isotops oder eines ¹⁴N-lsotops oder eines ¹⁵N-lsotops oder eines anderen Atoms, dessen Atomkern ein magnetisches Moment aufweist, ist.
58. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 40 bis 57
- - wobei das Substrat (D) Diamant umfasst und ein Kernquantenpunkt (Cl) der Atomkern eines ¹⁴N Isotops oder eines ¹⁵N Isotops des Sickstoffatoms eines NV-Zentrums ist.
59. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 40 bis 58
- - wobei das Substrat (D) Diamant umfasst
- - wobei der Kernquantenpunkt (Cl) der Atomkern eines ¹³C-Isotops ist und
- - wobei ein NV-Zentrum oder ein ST1-Zentrum oder ein L2-Zentrum oder ein anderes paramagnetisches Zentrum in der Nähe des ¹³C-Isotops angeordnet ist,
- - wobei Nähe hier so zu verstehen ist, dass das Magnetfeld des Kernspins des ¹³C-Atoms den Spin der Elektronenkonfiguration des NV-Zentrum bzw. des ST1-Zentrums bzw. des L2-Zentrums bzw. des anderen paramagnetischen Zentrums beeinflussen kann und dass der Spin der Elektronenkonfiguration des NV-Zentrum bzw. des ST1-Zentrums bzw. des L2-Zentrums bzw. des anderen paramagnetischen Zentrums den Kernspin des ¹³C-Isotops beeinflussen kann.
60. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 40 bis 59
- - wobei das Substrat (D) Diamant umfasst
- - wobei der Kernquantenpunkt (Cl) ein Isotop mit einem Kernspin ist und
- - wobei ein NV-Zentrum oder ein ST1-Zentrum oder ein L2-Zentrum oder ein anderes paramagnetisches Zentrum in der Nähe des Isotops mit idem Kernspin angeordnet ist,
- - wobei Nähe hier so zu verstehen ist, dass das Magnetfeld des Kernspins des Isotops den Spin der Elektronenkonfiguration des NV-Zentrums beeinflussen kann und dass der Spin der Elektronenkonfiguration des NV-Zentrum bzw. des ST1-Zentrums bzw. des L2-Zentrums bzw. des anderen paramagnetischen Zentrums den Kernspin des Isotops beeinflussen kann.
61. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 40 bis 60
- - wobei das Substrat (D) Diamant umfasst
- - wobei der Kernquantenpunkt (Cl) ein Isotop mit einem Kernspin ist und
- - wobei mindestens ein weiterer Kernquantenpunkt (CI') ein Isotop mit einem Kernspin ist und
- - wobei ein NV-Zentrum oder ein ST1-Zentrum oder ein L2-Zentrum oder ein anderes paramagnetisches Zentrum in der Nähe des Kernquantenpunkts (Cl) angeordnet ist,
- - wobei das NV-Zentrum oder das ST1-Zentrum oder das L2-Zentrum oder das anderes paramagnetisches Zentrum in der Nähe des mindestens einen, weiteren Kernquantenpunkts (CI') angeordnet ist,
- - wobei Nähe hier so zu verstehen ist,
  - - dass das Magnetfeld des Kernquantenpunkts (Cl) den Spin der Elektronenkonfiguration des NV-Zentrums bzw. des ST1-Zentrums bzw. des L2-Zentrums bzw. des anderen paramagnetischen Zentrums beeinflussen kann und
  - - dass das Magnetfeld des mindestens einen, weiteren Kernquantenpunkts (CI') den Spin der Elektronenkonfiguration des NV-Zentrum bzw. des ST1-Zentrums bzw. des L2-Zentrums bzw. des anderen paramagnetischen Zentrums beeinflussen kann und
  - - dass der Spin der Elektronenkonfiguration des NV-Zentrum bzw. des ST1-Zentrums bzw. des L2-Zentrums bzw. des anderen paramagnetischen Zentrums den Kernspin des Kernquantenpunkts (CI) beeinflussen kann und
  - - dass der Spin der Elektronenkonfiguration des NV-Zentrum bzw. des ST1-Zentrums bzw. des L2-Zentrums bzw. des anderen paramagnetischen Zentrums den Kernspin des mindestens einen, weiteren Kernquantenpunkts (Cl') beeinflussen kann.
62. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 59 bis 61
- - wobei die Kopplungsstärke zwischen einem Kernquantenbit (Cl, Cl') und der Elektronenkonfiguration des NV-Zentrum bzw. des ST1-Zentrums bzw. des L2-Zentrums bzw. des anderen paramagnetischen Zentrums in einem Bereich von 1 kHz bis 200 GHz und/oder 10 kHz bis 20 GHz und/oder 100 kHz bis 2 GHz und/oder 0,2 MHz bis 1 GHz und/oder 0,5 MHz bis 100 MHz und/oder 1 MHz bis 50 MHz, insbesondere bevorzugt 10 MHz.
63. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 40 bis 62
- - wobei ein paramagnetisches Zentrum mit einem Ladungsträger oder einer Ladungsträgerkonfiguration in der Nähe des Kernquantenpunkts (Cl) angeordnet ist und
- - wobei der Ladungsträger oder die Ladungsträgerkonfiguration einen Ladungsträger-Spin-Zustand aufweist und
- - wobei der Kernquantenpunkt (Cl) einen Kern-Spin-Zustand aufweist und
- - wobei Nähe hier so zu verstehen ist,
  - - dass der Kernspinzustand den Ladungsträger-Spin-Zustand beeinflussen kann und/oder
  - - dass der Ladungsträger-Spin-Zustand den Kernspinzustand beeinflussen kann.
64. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 40 bis 63
- - wobei das Substrat (D) Diamant umfasst und
- - wobei der Diamant eine epitaktisch aufgewachsene isotopenreine Schicht aus ¹²C-lsotopen aufweist.
65. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 40 bis 64
- - wobei das Substrat (D) im Bereich des Kernquantenpunkts (CI) n-dotiert ist.
66. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 40 bis 65
- - wobei das Substrat (D) Diamant ist und
- - wobei das Substrat (D) im Bereich des Kernquantenpunkts (CI) mit Schwefel dotiert ist.
67. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der Merkmale 40 bis 66
- - wobei das Substrat (D) im Bereich des Kernquantenpunkts (CI) mit kernspinfreiem Schwefel dotiert ist.
68. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmalen 40 bis 67
- - wobei das Substrat (D) im Bereich des Kernquantenpunkts (CI) mit ³²S-lsotopen dotiert ist.
69. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale 40 bis 66 bis 68
- - wobei das Substrat (D) im Bereich des Kernquantenpunkts (CI) mit kernspinfreien Isotopen dotiert ist.
70. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 40 bis 69
- - wobei sich der Kernquantenpunkt (Cl) in einem ersten Kernabstand (d1') längs der Lot-Linie (LOT) unter der Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) befindet und
- - wobei der erste Kernabstand (d1') 2 nm bis 60 nm beträgt und/oder 5 nm bis 30 nm beträgt und/oder 10 nm bis 20 nm beträgt, wobei insbesondere ein erster Kernabstand (d1') von 5 nm bis 30 nm bevorzugt ist.
71. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 40 bis 70
- - wobei die horizontale Leitung (LH, LH1) Teil einer Mikrostreifenleitung und/oder Teil einer Tri-Plate-Leitung ist und/oder
- - wobei die vertikale Leitung (LV, LV1) Teil einer Mikrostreifenleitung und/oder Teil einer Tri-Plate-Leitung (SV1, LH, SV2) ist.
72. Kernquantenbit (CQUB) nach Merkmal 71
- - wobei Mikrostreifenleitung eine erste vertikale Abschirmleitung (SV1) und die vertikale Leitung (LV) umfasst oder
- - wobei Mikrostreifenleitung eine erste horizontale Abschirmleitung (SH1) und die horizontale Leitung (LH) umfasst.
73. Kernquantenbit (CQUB) nach Merkmal 71
- - wobei Tri-Plate-Leitung eine erste vertikale Abschirmleitung (SV1) und eine zweite vertikale Abschirmleitung (SV2) und die vertikale Leitung (LV), die zwischen der ersten vertikalen Abschirmleitung (SV1) und der zweiten vertikalen Abschirmleitung (SV2) verläuft, umfasst oder
- - wobei Tri-Plate-Leitung eine erste horizontale Abschirmleitung (SH1) und eine zweite horizontale Abschirmleitung (SH2) und die horizontale Leitung (LV), die zwischen der ersten horizontalen Abschirmleitung (SH1) und der zweiten horizontalen Abschirmleitung (SH2) verläuft, umfasst.
74. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 40 bis 73
- - wobei die Summe der Ströme durch die Tri-Plate-Leitung (SV1, LV, SV2) null ist.
75. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale 40 bis 74
- - wobei ein erstes weiteres vertikales Lot längs einer ersten weiteren vertikalen Lot-Linie (VLOT1) parallel zur ersten Lot-Linie (LOT) vom Ort eines ersten virtuellen vertikalen Kernquantenpunkts (VVCI1) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gefällt werden kann und
- - wobei der erste virtuelle vertikale Kernquantenpunkt (VVCI1) sich in dem ersten Abstand (d1) von der Oberfläche (OF) befindet und
- - wobei die erste weitere vertikale Lot-Linie (VLOT1) die Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) an einem ersten weiteren vertikalen Lotpunkt (VLOTP1) durchstößt und
- - wobei sich die horizontale Leitung (LH) und die erste vertikale Abschirmleitung (SV1) auf der Oberfläche des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) befinden und
- - wobei sich die horizontale Leitung (LH) und die erste vertikale Abschirmleitung (SV1) in der Nähe des ersten vertikalen Lot-Punktes (VLOTP1) oder am ersten vertikalen Lot-Punkt (VLOTP1) in dem von null verschiedenen Kreuzungswinkel (α) kreuzen und
- - wobei ein zweites weiteres vertikales Lot längs einer zweiten weiteren vertikalen Lot-Linie (VLOT2) parallel zur ersten Lot-Linie (LOT) vom Ort eines zweiten virtuellen vertikalen Kernquantenpunkts (VVCI2) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gefällt werden kann und
- - wobei der zweite virtuelle vertikale Kernquantenpunkt (VVCI2) sich in dem ersten Abstand (d1) von der Oberfläche (OF) befindet und
- - wobei die zweite weitere vertikale Lot-Linie (VLOT2) die Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) an einem zweiten weiteren vertikalen Lotpunkt (VLOTP2) durchstößt und
- - wobei sich die horizontale Leitung (LH) und die zweite vertikale Abschirmleitung (SV2) auf der Oberfläche des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) befinden und
- - wobei sich die horizontale Leitung (LH) und die zweite vertikale Abschirmleitung (SV2) in der Nähe des zweiten vertikalen Lot-Punktes (VLOTP2) oder am zweiten vertikalen Lot-Punkt (VLOTP2) in dem von null verschiedenen Kreuzungswinkel (α) kreuzen und
- - wobei die Einzelströme (ISV1, IV, ISV2) durch die einzelnen Leitungen (SV1, LV, SV2) der Tri-Plate-Leitung so gewählt sind,
  - - dass der Betrag des ersten virtuellen vertikalen magnetischen Flussdichtevektors (B_VVCI1 ) am Ort des ersten virtuellen vertikalen Kernquantenpunkts (VVCI1) nahezu Null ist und
  - - dass der Betrag des zweiten virtuellen vertikalen magnetischen Flussdichtevektors (B_VVCI2 ) am Ort des zweiten virtuellen vertikalen Kernquantenpunkts (VVCI2) nahezu Null ist und
  - - dass der Betrag des magnetischen Flussdichtevektors (B_CI ) am Ort des Kernquantenpunkts (Cl) von Null verschieden ist.
76. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Merkmale 40 bis 75
- - wobei ein erstes weiteres horizontales Lot längs einer ersten weiteren horizontalen Lot-Linie (HLOT1) parallel zur ersten Lot-Linie (LOT) vom Ort eines ersten virtuellen horizontalen Kernquantenpunkts (VHCl1) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gefällt werden kann und
- - wobei der erste virtuelle horizontale Kernquantenpunkt (VHCIV1) sich in dem ersten Abstand (d1) von der Oberfläche (OF) befindet und
- - wobei die erste weitere horizontale Lot-Linie (HLOT1) die Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) an einem ersten weiteren horizontalen Lotpunkt (HLOTP1) durchstößt und
- - wobei sich die vertikale Leitung (LV) und die erste horizontale Abschirmleitung (SH1) auf der Oberfläche des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) befinden und
- - wobei sich die vertikale Leitung (LV) und die erste horizontale Abschirmleitung (SH1) in der Nähe des ersten horizontalen Lot-Punktes (HLOTP1) oder am ersten horizontalen Lot-Punkt (HLOTP1) in dem von null verschiedenen Kreuzungswinkel (α) kreuzen und
- - wobei ein zweites weiteres horizontales Lot längs einer zweiten weiteren horizontalen Lot-Linie (HLOT2) parallel zur ersten Lot-Linie (LOT) vom Ort eines zweiten virtuellen horizontalen Kernquantenpunkts (VHCI2) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gefällt werden kann und
- - wobei der zweite virtuelle horizontale Kernquantenpunkt (VHCI2) sich in dem ersten Abstand (d1) von der Oberfläche (OF) befindet und
- - wobei die zweite weitere horizontale Lot-Linie (HLOT2) die Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) an einem zweiten weiteren horizontalen Lotpunkt (HLOTP2) durchstößt und
- - wobei sich die vertikale Leitung (LV) und die zweite horizontale Abschirmleitung (SH2) auf der Oberfläche des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) befinden und
- - wobei sich die vertikale Leitung (LV) und die zweite horizontale Abschirmleitung (SH2) in der Nähe des zweiten horizontalen Lot-Punktes (HLOTP2) oder am zweiten horizontalen Lot-Punkt (HLOTP2) in dem von null verschiedenen Kreuzungswinkel (α) kreuzen und
- - wobei die Einzelströme (ISH1, IH, ISH2) durch die einzelnen Leitungen (SH1, LH, SH2) der Tri-Plate-Leitung so gewählt sind,
  - - dass der Betrag des ersten virtuellen horizontalen magnetischen Flussdichtevektors (B_VHCI1 ) am Ort des ersten virtuellen horizontalen Kernquantenpunkts (VHCI1) nahezu Null ist und
  - - dass der Betrag des zweiten virtuellen horizontalen magnetischen Flussdichtevektors (B_VHCI2 ) am Ort des zweiten virtuellen horizontalen Quantenpunkts (VHCI2) nahezu Null ist und
  - - dass der Betrag des magnetischen Flussdichtevektors (B_NV ) am Ort des Kernquantenpunkts (Cl) von Null verschieden ist.
77. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 40 bis 76
- - wobei im Bereich oder in der Nähe des Lotpunkts (LOTP) das Substrat (D) mittels zumindest eines ersten horizontalen ohmschen Kontakts (KH11) mit der ersten horizontalen Abschirmleitung (SH1) verbunden ist und /oder
- - wobei im Bereich oder in der Nähe des Lotpunkts (LOTP) das Substrat (D) mittels zumindest eines zweiten horizontalen ohmschen Kontakts (KH12) mit der zweiten horizontalen Abschirmleitung (SH2) verbunden ist und /oder
- - wobei im Bereich oder in der Nähe des Lotpunkts (LOTP) das Substrat (D) mittels zumindest eines ersten vertikalen ohmschen Kontakts (KV11) mit der ersten vertikalen Abschirmleitung (SV1) verbunden ist und /oder
- - wobei im Bereich oder in der Nähe des Lotpunkts (LOTP) das Substrat (D) mittels zumindest eines zweiten vertikalen ohmschen Kontakts (KV12) mit der zweiten vertikalen Abschirmleitung (SV2) verbunden ist.
78. Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 40 bis 77
- - wobei ein ohmscher Kontakt (KV11, KV12, KH11, KH12) Titan umfasst.

REGISTER KONSTRUKTIONEN
KERN-ELEKTRON-QUANTENREGISTER (CEQUREG) 79-90

79. Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG)
- - umfassend ein Kern-Quantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der Merkmale 40 bis 78 und
- - umfassend ein Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 39.
80. Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) nach Merkmal 79
- - wobei die Vorrichtung zur Ansteuerung eines Kernquantenpunkts (CI) Kern-Quantenbits (CQUB) eine Teilvorrichtung (LH, LV) aufweist, die auch eine Teilvorrichtung (LH, LV) der Vorrichtung zur Ansteuerung eines Quantenpunkts (NV) des Quantenbits (QUB) ist.
81. Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 80
- - umfassend eine Vorrichtung zur Ansteuerung des Kernquantenpunkts (CI) des Kernquantenbits (CQUB) und zur gleichzeitigen Ansteuerung des Quantenpunkts (NV) des Quantenbits (QUB),
- - mit einem gemeinsamen Substrat (D) des Kernquantenbits (CQUB) und des Quantenbits (QUB) und
- - ggf. mit einer gemeinsamen epitaktischen Schicht (DEPI) des Kernquantenbits (CQUB) und des Quantenbits (QUB) und
- - mit einer gemeinsamen Vorrichtung des Kernquantenbits (CQUB) und des Quantenbits (QUB),
- - die zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wellenfeldes (B_RW , B_MW ) am Ort des Kernquantenpunkts (CI) und am Ort des Quantenpunkts (CI) geeignet ist,
- - wobei die gemeinsame epitaktische Schicht (DEPI), sofern vorhanden, auf dem gemeinsamen Substrat (D) aufgebracht ist und
- - wobei das gemeinsame Substrat (D) und/oder die ggf. vorhandene gemeinsame epitaktische Schicht (DEPI) eine Oberfläche (OF) aufweist und
- - wobei der Kernquantenpunkt (Cl) ein magnetisches Moment aufweist und
- - wobei der Quantenpunkt (NV) ein paramagnetisches Zentrum in dem gemeinsamen Substrat (D) und/oder in der ggf. vorhandenen gemeinsamen epitaktischen Schicht (DEPI) ist und
- - wobei die gemeinsame Vorrichtung, die zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wellenfeldes (B_RW ,B_MW ) geeignet ist, sich auf der Oberfläche des gemeinsamen Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen gemeinsamen epitaktischen Schicht (DEPI) befinden.
82. Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 81
- - wobei die Vorrichtung, die zur Erzeugung eines zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfeldes (B_RW ,B_MW ) geeignet ist zur Erzeugung eines zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellenfeldes (B_RW ,B_MW ) geeignet ist.
83. Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 81
- - wobei ein Lot längs einer Lot-Linie (LOT) vom Ort des Kernquantenpunkts (CI) und/oder vom Ort des Quantenpunkts (NV) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gefällt werden kann und
- - wobei die Lot-Linie (LOT) die Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) an einem Lotpunkt (LOTP) durchstößt und
- - wobei die Vorrichtung, die zur Erzeugung eines zirkular polarisierten Radiowellenfeldes sich in der Nähe des Lot-Punktes (LOTP) oder am Lot-Punkt (LOTP) befindet.
84. Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 81 bis 83
- - mit einer horizontalen Leitung (LH) und
- - mit einer vertikalen Leitung (LV),
- - wobei sich die horizontale Leitung (LH) und die vertikale Leitung (LV) auf der Oberfläche des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) befinden.
85. Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) nach Merkmal 84
- - wobei sich die horizontale Leitung (LH) und die vertikale Leitung (LV) in der Nähe des Lot-Punktes (LOTP) oder am Lot-Punkt (LOTP) in einem von null verschiedenen Kreuzungswinkel (α) kreuzen.
86. Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 84 bis 85
- - wobei die horizontale Leitung (LH) von der vertikalen Leitung (LV) elektrisch isoliert ist.
87. Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 84 bis 86
- - wobei die horizontale Leitung (LH) von der vertikalen Leitung (LV) mittels einer elektrischen Isolation (IS) elektrisch isoliert ist.
88. Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 84 bis 87
- - wobei die horizontale Leitung (LH) und/oder die vertikale Leitung (LV) für grünes Licht transparent ist und
- - wobei insbesondere die horizontale Leitung (LH) und/oder die vertikale Leitung (LV) aus einem elektrisch leitenden und optisch für grünes Licht transparenten Material, insbesondere aus Indium-Zinn-Oxid (gebräuchliche Abkürzung ITO) gefertigt ist.
89. Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 85 bis 88
- - wobei ein Winkel (α) im Wesentlichen ein rechter Winkel ist.
90. Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 84 bis 89
- - wobei das Substrat (D) Diamant umfasst
- - wobei der Kernquantenpunkt (Cl) der Atomkern eines ¹³C-Isotops ist und
- - wobei der Quantenpunkt (NV) in der Nähe des ¹³C-Isotops angeordnet ist und
- - wobei der Quantenpunkt (NV) insbesondere ein NV-Zentrum ist und
- - wobei Nähe hier so zu verstehen ist, dass das Magnetfeld des Kernspins des ¹³C-Atoms den Spin einer Elektronenkonfiguration des Quantenpunkts (NV) beeinflussen kann und dass der Spin einer Elektronenkonfiguration des Quantenpunkts (NV) den Kernspin des ¹³C-Isotops, insbesondere über eine Dipol-Dipol Wechselwirkung, beeinflussen kann. Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 84 bis 90
- - wobei der Quantenpunkt (NV) ein paramagnetisches Zentrum mit einem Ladungsträger oder einer Ladungsträgerkonfiguration ist und in der Nähe des Kernquantenpunkts (Cl) angeordnet ist und
- - wobei der Ladungsträger oder die Ladungsträgerkonfiguration einen Ladungsträger-Spin-Zustand aufweist und
- - wobei der Kernquantenpunkt (Cl) einen Kern-Spin-Zustand aufweist und
- - wobei Nähe hier so zu verstehen ist,
  - - dass der Kernspinzustand den Ladungsträger-Spin-Zustand beeinflussen kann und/oder
  - - dass der Ladungsträger-Spin-Zustand den Kernspinzustand beeinflussen kann und/oder
  - - dass der Frequenzbereich der Kopplungsstärke mindestens 1 kHz und/oder mindestens 1 MHz und weniger als 20 MHz ist und/oder.
  - - dass der Frequenzbereich der Kopplungsstärke 1 kHz bis 200 GHz und/oder 10 kHz bis 20 GHz und/oder 100 kHz bis 2 GHz und/oder 0,2 MHz bis 1 GHz und/oder 0,5 MHz bis 100 MHz und/oder 1 MHz bis 50 MHz, insbesondere bevorzugt 10 MHz ist.

QUANTEN_ALU (QUALU) 91-92

91. Quanten-ALU (QUALU)
- - umfassend ein erstes Kern-Quantenbit (CQUB1) nach einem oder mehreren der Merkmale 40 bis 78 und
- - umfassend mindestens ein zweites Kern-Quantenbit (CQUB2) nach einem oder mehreren der Merkmale 40 bis 78 und
- - umfassend ein Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 39
- - wobei das erste Kern-Quantenbit (CQUB1) mit dem Quantenbit (QUB) ein erstes Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG1) nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 90 bildet und
- - wobei das zweite Kern-Quantenbit (CQUB2) mit dem Quantenbit (QUB) ein zweites Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG2) nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 90 bildet.
92. Quanten-ALU (QUALU) nach Merkmal 91
- - wobei die Vorrichtung zur Ansteuerung des ersten Kernquantenpunkts (CI1) des ersten Kern-Quantenbits (CQUB1) des ersten Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG1) eine Teilvorrichtung (LH, LV) aufweist, die auch die Teilvorrichtung (LH, LV) der Vorrichtung zur Ansteuerung des Quantenpunkts (NV) des Quantenbits (QUB) des ersten Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG1) ist und
- - wobei die Vorrichtung zur Ansteuerung des zweiten Kernquantenpunkts (CI2) des zweiten Kern-Quantenbits (CQUB2) des zweiten Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG2) die Teilvorrichtung (LH, LV) aufweist, die auch die Teilvorrichtung (LH, LV) der Vorrichtung zur Ansteuerung des Quantenpunkts (NV) des Quantenbits (QUB) des zweiten Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG2) ist und
- - wobei die Vorrichtung zur Ansteuerung des zweiten Kernquantenpunkts (CI2) des zweiten Kern-Quantenbits (CQUB2) des zweiten Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG2) die Teilvorrichtung (LH, LV) aufweist, die auch die Teilvorrichtung (LH, LV) der Vorrichtung des ersten Kernquantenpunkts (CI1) des ersten Kern-Quantenbits (CQUB1) des ersten Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG1) ist.

ELEKTRON-A1-ELEKTRON-A2-QUANTENREGISTER (QUREG) 93-104

93. Quantenregister (QUREG)
- - mit einem ersten Quantenbit (QUB1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale 1 bis 39 und
- - mit mindestens einem zweiten Quantenbit (QUB2) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale 1 bis 39
- - wobei der erste Quantenpunkttyp des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) gleich dem zweiten Quantenpunkttyp des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) ist.
94. Quantenregister (QUREG) nach dem vorhergehenden Merkmal
- - wobei das Substrat (D) dem ersten Quantenbit (QUB1) und dem zweiten Quantenbit (QUB2) gemeinsam ist und
- - wobei der Quantenpunkt (NV) des ersten Quantenbits (QUB1) der erste Quantenpunkt (NV1) ist und
- - wobei der Quantenpunkt (NV) des zweiten Quantenbits (QUB2) der zweite Quantenpunkt (NV2) ist und
- - wobei die horizontale Leitung (LH) des ersten Quantenbits (QUB1) im Folgenden als erste horizontale Leitung (LH1) bezeichnet wird und
- - wobei die horizontale Leitung (LH) des zweiten Quantenbits (QUB2) die besagte erste horizontale Leitung (LH1) ist und
- - wobei die vertikale Leitung (LV) des ersten Quantenbits (QUB1) im Folgenden als erste vertikale Leitung (LV1) bezeichnet wird und
- - wobei die vertikale Leitung (LV) des zweiten Quantenbits (QUB2) im Folgenden als zweite vertikale Leitung (LV2) bezeichnet wird.
95. Quantenregister (QUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 93 bis 94
- - wobei das Magnetfeld des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) das Verhalten des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) zumindest zeitweise beeinflusst und/oder
- - wobei das Magnetfeld des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) das Verhalten des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) zumindest zeitweise beeinflusst.
96. Quantenregister (QUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 93 bis 95
- - wobei der räumliche Abstand (sp12) zwischen dem ersten Quantenpunkt (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) und dem zweiten Quantenpunkt (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) so klein ist,
- - dass das Magnetfeld des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) das Verhalten des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) zumindest zeitweise beeinflusst, und/oder
- - dass das Magnetfeld des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) das Verhalten des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) zumindest zeitweise beeinflusst.
97. Quantenregister (QUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 93 bis 96
- - wobei der räumliche Abstand (sp12) zwischen dem ersten Quantenpunkt (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) und dem zweiten Quantenpunkt (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) weniger als 50 nm und/oder weniger als 30 nm und/oder weniger als 20 nm und/oder weniger als 10 nm beträgt und/oder weniger als 10 nm und/oder weniger als 5 nm und/oder weniger als 2 nm, und/oder
- - wobei der räumliche Abstand (sp12) zwischen dem ersten Quantenpunkt (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) und dem zweiten Quantenpunkt (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) zwischen 30 nm und 2 nm und/oder weniger als 10 nm und/oder weniger als 5 nm und/oder weniger als 2 nm, beträgt.
98. Quantenregister (QUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 93 bis 97
- - -mit mindestens einem dritten Quantenbit (QUB3) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale 1 bis 39
- - wobei der erste Quantenpunkttyp des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) gleich dem dritten Quantenpunkttyp des dritten Quantenpunkts (NV3) des dritten Quantenbits (QUB3) ist.
99. Quantenregister (QUREG) nach Merkmal 98 und Merkmal 94
- - wobei das Substrat (D) dem ersten Quantenbit (QUB1) und dem dritten Quantenbit (QUB3) gemeinsam ist und
- - wobei der Quantenpunkt (NV) des dritten Quantenbits (QUB3) der dritte Quantenpunkt (NV3) ist und
- - wobei die horizontale Leitung (LH) des dritten Quantenbits (QUB3) die besagte erste horizontale Leitung (LH1) ist und
- - wobei die vertikale Leitung (LV) des dritten Quantenbits (QUB23) im Folgenden als dritte vertikale Leitung (LV3) bezeichnet wird.
100. Quantenregister (QUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 98 bis 99
- - wobei das Magnetfeld des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) das Verhalten des dritten Quantenpunkts (NV3) des dritten Quantenbits (QUB3) zumindest zeitweise beeinflusst und/oder
- - wobei das Magnetfeld des dritten Quantenpunkts (NV3) des dritten Quantenbits (QUB3) das Verhalten des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) zumindest zeitweise beeinflusst.
101. Quantenregister (QUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 98 bis 100
- - wobei der räumliche Abstand (sp23) zwischen dem dritten Quantenpunkt (NV3) des dritten Quantenbits (QUB3) und dem zweiten Quantenpunkt (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) so klein ist,
- - dass das Magnetfeld des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) das Verhalten des dritten Quantenpunkts (NV3) des dritten Quantenbits (QUB3) zumindest zeitweise beeinflusst, und/oder
- - dass das Magnetfeld des dritten Quantenpunkts (NV3) des dritten Quantenbits (QUB3) das Verhalten des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) zumindest zeitweise beeinflusst.
102. Quantenregister (QUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 98 bis 101
- - wobei der räumliche Abstand (sp23) zwischen dem dritten Quantenpunkt (NV3) des dritten Quantenbits (QUB3) und dem zweiten Quantenpunkt (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) weniger als 50 nm und/oder weniger als 30 nm und/oder weniger als 20 nm und/oder weniger als 10 nm beträgt und/oder weniger als 10 nm und/oder weniger als 5 nm und/oder weniger als 2 nm, und/oder
- - wobei der räumliche Abstand (sp23) zwischen dem dritten Quantenpunkt (NV3) des dritten Quantenbits (QUB3) und dem zweiten Quantenpunkt (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) zwischen 30 nm und 2 nm und/oder weniger als 10 nm und/oder weniger als 5 nm und/oder weniger als 2 nm, beträgt.
103. Quantenregister (QUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 93 bis 102
- - wobei die Quantenbits des Quantenregisters (QUREG) in einem ein- oder zweidimensionalen Gitter angeordnet sind.
104. Quantenregister (QUREG) nach Merkmal 103
- - wobei die Quantenbits des Quantenregisters (QUREG) in einem ein- oder zweidimensionalen Gitter aus Elementarzellen von Anordnungen von einem oder mehreren Quantenbits mit einem räumlichen Abstand (sp12) als Gitterkonstante für die jeweilige Elementarzelle angeordnet sind.

ELEKTRON-A1-ELEKTRON-B2-QUANTENREGISTER (IHQUREG) 105-111

105. Inhomogenes Quantenregister (IHQUREG)
- - mit einem ersten Quantenbit (QUB1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale 1 bis 39 und
- - mit mindestens einem zweiten Quantenbit (QUB2) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale 1 bis 39
- - wobei der erste Quantenpunkttyp des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) vom zweiten Quantenpunkttyp des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) verschieden ist.
106. Inhomogenes Quantenregister (IHQUREG) nach dem vorhergehenden Merkmal
- - wobei das Substrat (D) dem ersten Quantenbit (QUB1) und dem zweiten Quantenbit (QUB2) gemeinsam ist und
- - wobei der Quantenpunkt (NV) des ersten Quantenbits (QUB1) der erste Quantenpunkt (NV1) ist und
- - wobei der Quantenpunkt (NV) des zweiten Quantenbits (QUB2) der zweite Quantenpunkt (NV2) ist und
- - wobei die horizontale Leitung (LH) des ersten Quantenbits (QUB1) im Folgenden als erste horizontale Leitung (LH1) bezeichnet wird und
- - wobei die horizontale Leitung (LH) des zweiten Quantenbits (QUB2) die besagte erste horizontale Leitung (LH1) ist und
- - wobei die vertikale Leitung (LV) des ersten Quantenbits (QUB1) im Folgenden als erste vertikale Leitung (LV1) bezeichnet wird und
- - wobei die vertikale Leitung (LV) des zweiten Quantenbits (QUB2) im Folgenden als zweite vertikale Leitung (LV2) bezeichnet wird.
107. Inhomogenes Quantenregister (IHQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 105 bis 106
- - wobei das Magnetfeld des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) das Verhalten des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) zumindest zeitweise beeinflusst und/oder
- - wobei das Magnetfeld des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) das Verhalten des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) zumindest zeitweise beeinflusst.
108. Inhomogenes Quantenregister (IHQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 105 bis 107
- - wobei der räumliche Abstand (sp12) zwischen dem ersten Quantenpunkt (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) und dem zweiten Quantenpunkt (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) so klein ist,
- - dass das Magnetfeld des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) das Verhalten des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) zumindest zeitweise beeinflusst, und/oder
- - dass das Magnetfeld des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) das Verhalten des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) zumindest zeitweise beeinflusst.
109. Inhomogenes Quantenregister (IHQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 105 bis 108
- - wobei der zweite Abstand (sp12) zwischen dem ersten Quantenpunkt (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) und dem zweiten Quantenpunkt (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) weniger als 50 nm und/oder weniger als 30 nm und/oder weniger als 20 nm und/oder weniger als 10 nm beträgt und/oder weniger als 10 nm und/oder weniger als 5 nm und/oder weniger als 2 nm, und/oder wobei der zweite Abstand (sp12) zwischen dem ersten Quantenpunkt (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) und dem zweiten Quantenpunkt (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) zwischen 30 nm und 2 nm und/oder weniger als 10 nm und/oder weniger als 5 nm und/oder weniger als 2 nm, beträgt.
110. Inhomogenes Quantenregister (IHQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 105 bis 109
- - wobei die Quantenbits des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) in aus Elementarzellen von Anordnungen von zwei oder mehreren Quantenbits einem ein- oder zweidimensionalen Gitter für die jeweilige Elementarzelle angeordnet sind.
111. Inhomogenes Quantenregister (IHQUREG) nach Merkmal 110
- - wobei die Quantenbits des inhomogenen Quantenregisters (IHQUREG) in einem ein- oder zweidimensionalen Gitter aus Elementarzellen von Anordnungen von einem oder mehreren Quantenbits mit einem zweiten Abstand (sp12) als Gitterkonstante für die jeweilige Elementarzelle angeordnet sind.

KERNspin1-KERNspin2-QUANTENREGISTER (CCQUREG) 112-117

112. Kern-Kern-Quantenregister (CCQUREG)
- - mit einem ersten Kernquantenbit (CQUB1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale 40 bis 78 und
- - mit mindestens einem zweiten Kernquantenbit (CQUB2) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale 40 bis 78.
113. Kern-Kern-Quantenregister (CCQUREG) nach dem vorhergehenden Merkmal 112
- - wobei das Substrat (D) dem ersten Kernquantenbit (CQUB1) und dem zweiten Kernquantenbit (CQUB2) gemeinsam ist und
- - wobei der Kernquantenpunkt (Cl) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) im Folgenden der erste Kernquantenpunkt (CI1) ist und
- - wobei der Kernquantenpunkt (Cl) des zweiten Quantenbits (CQUB2) im Folgenden der zweite Kernquantenpunkt (CI2) ist und
- - wobei die horizontale Leitung (LH) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) im Folgenden als erste horizontale Leitung (LH1) bezeichnet wird und
- - wobei die horizontale Leitung (LH) des zweiten Kernquantenbits (CQUB2) die besagte erste horizontale Leitung (LH1) ist und
- - wobei die vertikale Leitung (LV) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) im Folgenden als erste vertikale Leitung (LV1) bezeichnet wird und
- - wobei die vertikale Leitung (LV) des zweiten Kernquantenbits (CQUB2) im Folgenden als zweite vertikale Leitung (LV2) bezeichnet wird.
114. Kern-Kern-Quantenregister (CCQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 112 bis 113
- - wobei das Magnetfeld des zweiten Kernquantenpunkts (CI2) des zweiten Kernquantenbits (CQUB2) das Verhalten des ersten Kernquantenpunkts (CI1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) zumindest zeitweise beeinflusst und/oder
- - wobei das Magnetfeld des ersten Kernquantenpunkts (CI1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) das Verhalten des zweiten Kernquantenpunkts (CI2) des zweiten Kernquantenbits (CQUB2) zumindest zeitweise beeinflusst.
115. Kern-Kern-Quantenregister (CCQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 112 bis 114
- - wobei der räumliche Abstand (sp12) zwischen dem ersten Kernquantenpunkt (CI1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) und dem zweiten Kernquantenpunkt (CI2) des zweiten Kernquantenbits (CQUB2) so klein ist,
- - dass das Magnetfeld des zweiten Kernquantenpunkts (CI2) des zweiten Kernquantenbits (CQUB2) das Verhalten des ersten Kernquantenpunkts (CI1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) zumindest zeitweise beeinflusst, und/oder
- - dass das Magnetfeld des ersten Kernquantenpunkts (CI1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) das Verhalten des zweiten Kernquantenpunkts (CI2) des zweiten Quantenbits (CQUB2) zumindest zeitweise beeinflusst.
116. Kern-Kern-Quantenregister (CCQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 112 bis 115
- - wobei der vierte Abstand (sp12') zwischen dem ersten Kernquantenpunkt (CI1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) und dem zweiten Kernquantenpunkt (CI2) des zweiten Kernquantenbits (CQUB2) weniger als 100pm und/oder weniger als50pm und/oder weniger als 30pm und/oder weniger als 20pm und/oder weniger als 10pm beträgt.
117. Kern-Kern-Quantenregister (CCQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 112 bis 116
- - wobei die Kernquantenbits des Kern-Kern-Quantenregisters (CCQUREG) in einem ein- oder zweidimensionalen Gitter angeordnet sind.
118. Kern-Kern-Quantenregister (CCQUREG) nach Merkmal 117
- - wobei die Kernquantenbits des Kern-Kern-Quantenregisters (CCQUREG) in einem ein- oder zweidimensionalen Gitter aus Elementarzellen von Anordnungen von einem oder mehreren Kernquantenbits mit einem zweiten Abstand (sp12) als Gitterkonstante für die jeweilige Elementarzelle angeordnet sind.
119. Kern-Kern-Quantenregister (CCQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 112 bis 118
- - wobei mindestens ein Kernquantenpunkt ein anderes Isotop aufweist als ein weiterer Kernquantenpunkt des Kern-Kern-Quantenregisters (CCQUREG).

KERN-ELEKLTRON-KERN-ELEKLTRON-QUANTENREGISTER (CECEQUREG) 120-124

120. Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG)
- - mit einem ersten Kernquantenbit (CQUB1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale 40 bis 78 und
- - mit mindestens einem zweiten Kernquantenbit (CQUB2) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale 40 bis 78 und
- - mit einem ersten Quantenbit (QUB1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale 1 bis 39 und
- - mit mindestens einem zweiten Quantenbit (QUB2) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale 1 bis 39.
121. Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG) nach Merkmal 120
- - wobei das erste Kernquantenbit (CQUB1) und das erste Quantenbit (QUB1) ein Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG), im Folgenden erstes Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG1) genannt, entsprechend einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 90 bilden und
- - wobei das zweite Kernquantenbit (CQUB2) und das zweite Quantenbit (QUB2) ein Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG), im Folgenden zweites Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG2) genannt, entsprechend einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 90 bilden.
122. Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG) nach Merkmal 120
- - wobei das erste Kernquantenbit (CQUB1) und das zweite Kernquantenbit (CQUB2) ein Kern-Kern-Quantenregister (CCQUREG) entsprechend einem oder mehreren der Merkmale 112 bis 117 bilden.
123. Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG) nach Merkmal 120
- - wobei das erste Quantenbit (QUB1) und das zweite Quantenbit (CQUB2) ein Elektron-Elektron-Quantenregister (QUREG) entsprechend einem oder mehreren der Merkmale 93 bis 103 bilden.
124. Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG) dadurch gekennzeichnet, dass es ein Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG) nach Merkmal 122 und nach Merkmal 123 ist.

QUANTENPUNKT ARRAYS
QUANTENPUNKTARRAY (QREG1D, QREG2D) 125-128

125. Anordnung von Quantenpunkten (QREG1D, QREG2D)
- - wobei die Quantenpunkte (NV11, NV12, NV13, NV21, NV22, NV23, NV31, NV32, NV33) in einem eindimensionalen Gitter (QREG1D) oder in einem zweidimensionalen Gitter (QREG2D) angeordnet sind.
126. Anordnung von Quantenpunkten (NV) nach dem vorhergehenden Merkmal,
- - wobei der Abstand (sp12) zweier unmittelbar benachbarter Quantenpunkte der Quantenpunkte (NV11, NV12, NV13, NV21, NV22, NV23, NV31, NV32, NV33) kleiner ist als 100nm und/oder kleiner ist als 50nm und/oder kleiner ist als 30 nm und/oder kleiner ist als 20 nm und/oder kleiner ist als 10 nm.
127. Anordnung von Quantenpunkten (NV11, NV12, NV13, NV21, NV22, NV23, NV31, NV32, NV33) nach einem oder mehreren der beiden vorausgehenden Merkmale,
- - wobei zumindest zwei Quantenpunkte der Quantenpunkte (NV11, NV12, NV13, NV21, NV22, NV23, NV31, NV32, NV33) jeweils für sich Teil genau eines Quantenbits nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 13 sind.
128. Anordnung von Quantenpunkten (NV11, NV12, NV13, NV21, NV22, NV23, NV31, NV32, NV33) nach einem oder mehreren der drei vorausgehenden Merkmale,
- - wobei ein Quantenpunkt der Quantenpunkte (NV11, NV12, NV13, NV21, NV22, NV23, NV31, NV32, NV33) ein NV-Zentrum in Diamant ist.

KERN-QUANTENPUNKTARRAY (CQREG1D, CQREG2D) 129-134

129. Anordnung von Kernquantenpunkten (CQREG1D, CQREG2D)
- - wobei die Kernquantenpunkte (CI11, CI12, CI13, CI21, CI22, CI23, CI31, CI32, CI33) in einem eindimensionalen Gitter (CQREG1D) oder in einem zweidimensionalen Gitter (CQREG2D) angeordnet sind.
130. Anordnung von Kernquantenpunkten (Cl) nach Merkmal 129,
- - wobei der Kernabstand (spl2') zweier unmittelbar benachbarter Kernquantenpunkte der Kernquantenpunkte (CI11, CI12, CI13, CI21, CI22, CI23, CI31, CI32, CI33) kleiner ist als 200pm und/oder kleiner 100pm und/oder kleiner ist als 50pm und/oder kleiner ist als 30pm und/oder kleiner ist als 20pm und/oder kleiner ist als 10pm.
131. Anordnung von Kernquantenpunkten (CI11, CI12, CI13, CI21, CI22, CI23, CI31, CI32, CI33) nach einem oder mehreren der Merkmale 129 bis 130,
- - wobei zumindest zwei Kernquantenpunkte der Kernquantenpunkte (CI11, CI12, CI13, CI21, CI22, CI23, CI31, CI32, CI33) jeweils für sich Teil genau eines Kernquantenbits nach einem oder mehreren der Merkmale 40 bis 78 sind.
132. Anordnung von Kernquantenpunkten (CI11, CI12, CI13, CI21, CI22, CI23, CI31, CI32, CI33) nach einem oder mehreren der Merkmale 129 bis 131,
- - wobei ein Kernquantenpunkt der Kernquantenpunkte (CI11, CI12, CI13, CI21, CI22, CI23, CI31, CI32, CI33) ein Atomkern eines ¹³C-Isotops in Diamant als Substrat (D) ist.
133. Anordnung von Kernquantenpunkten (CI11, CI12, CI13, CI21, CI22, CI23, CI31, CI32, CI33) nach einem oder mehreren der Merkmale 129 bis 132,
- - wobei ein Kernquantenpunkt der Kernquantenpunkte (CI11, CI12, CI13, CI21, CI22, CI23, CI31, CI32, CI33) ein Atomkern eines ¹⁵N-lsotops in Diamant als Substrat (D) ist.
134. Anordnung von Kernquantenpunkten (CI11, CI12, CI13, CI21, CI22, CI23, CI31, CI32, CI33) nach einem oder mehreren der Merkmale 129 bis 133,
- - wobei ein Kernquantenpunkt der Kernquantenpunkte (CI11, CI12, CI13, CI21, CI22, CI23, CI31, CI32, CI33) ein Atomkern eines ¹⁴N-lsotops in Diamant als Substrat (D) ist.

VORBEREITUNGS-OPERATIONEN
VERFAHREN ZUR FREQUENZBESTIMMUNG 135-139

135. Verfahren
- - zur Vorbereitung der Änderung der Quanteninformation eines ersten Quantenpunkts (NV1), insbesondere der Elektronenkonfiguration des Quantenpunkts (NV1), eines ersten Quantenbits (QUB1) nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 39 in Abhängigkeit von der Quanteninformation dieses ersten Quantenpunkts (NV1), insbesondere des ersten Spins der ersten Elektronenkonfiguration des ersten Quantenpunkts (NV1), des ersten Quantenbits (QUB1) mit dem Schritt:
- - Bestimmung der Energieverschiebung des ersten Quantenpunkts (NV1), insbesondere dessen ersten Elektronenkonfiguration, insbesondere wenn der Spin der ersten Elektronenkonfiguration Spin-up oder wenn der Spin der ersten Elektronenkonfiguration Spin-down ist, mittels eines ODMR Experiments durch Durchstimmen der Frequenz (f) und Bestimmung einer Elektronl-Elektronl-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW ).
136. Verfahren
- - zur Vorbereitung der Änderung der Quanteninformation eines ersten Quantenpunkts (NV1), insbesondere des Spins der Elektronenkonfiguration des Quantenpunkts (NV1) , eines ersten Quantenbits (QUB1) eines Quantenregisters (QUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 93 bis 103 in Abhängigkeit von der Quanteninformation eines zweiten Quantenpunkts (NV2), insbesondere vom des zweiten Spin des der zweiten Elektronenkonfiguration des zweiten Quantenpunkts (NV2), eines zweiten Quantenbits (QUB2) dieses Quantenregisters (QUREG) mit dem Schritt:
- - Bestimmung der Energieverschiebung des ersten Quantenpunkts (NV1), insbesondere dessen ersten Elektronenkonfiguration, insbesondere wenn der Spin der zweiten Elektronenkonfiguration Spin-up oder wenn der Spin der zweiten Elektronenkonfiguration Spin-down ist, mittels eines ODMR Experiments durch Durchstimmen der Frequenz (f) und Bestimmung einer Elektronl-Elektron2- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWEE ).
137. Verfahren zur Vorbereitung der Änderung
- - der Quanteninformation eines Quantenpunkts (NV), insbesondere des Spins seiner Elektronenkonfiguration, eines Quantenbits (QUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 90 in Abhängigkeit von der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines Kernquantenbits (CQUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) mit dem Schritt:
- - Bestimmung der Energieverschiebung des Quantenpunkts (NV), insbesondere dessen Elektrons, insbesondere wenn der Kernspin Spin up oder wenn der Kernspin Spin down ist, mittels eines ODMR Experiments durch Durchstimmen der Frequenz (f) und Bestimmung einer Kern-Elektron-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE ).
138. Verfahren
- - zur Vorbereitung der Änderung der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines Kernquantenbits (CQUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 90 in Abhängigkeit von der Quanteninformation eines Quantenpunkts (NV), insbesondere des Spins dessen Elektronenkonfiguration, eines Quantenbits (QUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) mit dem Schritt:
- - Bestimmung der Energieverschiebung eines Quantenpunkts (NV), insbesondere dessen Elektronenkonfiguration, insbesondere wenn der Kernspin Spin up oder wenn der Kernspin Spin down ist, mittels eines ODMR Experiments durch Durchstimmen der Frequenz (f) und Bestimmung der Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenzen (f_RWEC).
139. Verfahren
- - zur Vorbereitung der Änderung der Quanteninformation eines ersten Kernquantenpunkts (CI1), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines ersten Kernquantenbits (CQUB) eines Kern-Kern-Quantenregisters (CCQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 112 bis 117 in Abhängigkeit von der Quanteninformation eines zweiten Kernquantenpunkts (CI2), insbesondere des Kernspins des zweiten Kernquantenpunks (Ci2), eines zweiten Kernquantenbits (CQUB2) dieses Kern-Kern-Quantenregisters (CCQUREG) mit dem Schritt:
- - Bestimmung der Energieverschiebung eines ersten Kernquantenpunkts (CI1), insbesondere dessen ersten Kernspins, insbesondere wenn der zweite Kernspin des zweiten Kernquantenpunkts (CI2) Spin up oder wenn der zweite Kernspin Spin down ist, mittels eines ODMR Experiments durch Durchstimmen der Frequenz (f) und Bestimmung der Kern-Kern-Radiowellenresonanzfrequenzen (f_RWCC ).

EINZEL-OPERATIONEN
QUANTENBIT-RÜCKSETZVERFAHREN 140

140. Verfahren zum Zurücksetzen eines Quantenpunkts (NV) eines Quantenbits (QUB) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 1 bis 39
- - Bestrahlen zumindest eines Quantenpunkts (NV) der Quantenpunkte (NV1, NV2) mit Licht, das funktionsgleich zu einer Bestrahlung eines NV-Zentrums bei der Verwendung dieses NV-Zentrums als Quantenpunkte (NV) mit grünem Licht in Bezug auf die Wirkung dieser Bestrahlung auf den Quantenpunkt (NV) ist,
- - wobei insbesondere der Verwendung eines NV-Zentrums (NV) als Quantenpunkt (NV) das grüne Licht eine Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm Wellenlänge und/oder 450 nm bis 650 nm und/oder 500 nm bis 550 nm und/oder 515 nm bis 540 nm, bevorzugt 532 nm Wellenlänge aufweist und
- - wobei dieses funktionsgleiche Licht im Folgenden im Folgenden und in diesem Merkmal als „grünes Licht“ bezeichnet wird.

KERN-ELEKTRON-QUANTENREGISTER-RÜCKSETZVERFAHREN 141-143

141. Verfahren zum Zurücksetzen eines Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 90 umfassend die Schritte
- - zurücksetzen des Quantenpunkts (NV) des Quantenbits (QUB) des Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG), insbesondere nach einem Verfahren gemäß Merkmal 140;
- - Änderung der Quanteninformation des Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, des Kernquantenbits (CQUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) in Abhängigkeit von der Quanteninformation des Quantenpunkts (NV), insbesondere dessen Elektrons, des Quantenbits (QUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG).
142. Verfahren zum Zurücksetzen des Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) nach Merkmal 141
- - wobei das Zurücksetzen des Quantenpunkts (NV) des Quantenbits (QUB) des Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) mit Hilfe eines Verfahrens nach Merkmal 140 erfolgt.
143. Verfahren zum Zurücksetzen des Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) nach Merkmal 141 oder 142
- - wobei die Änderung der Quanteninformation des Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, des Kernquantenbits (CQUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) in Abhängigkeit von der Quanteninformation des Quantenpunkts (NV), insbesondere dessen Elektrons, des Quantenbits (QUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) mit Hilfe eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Merkmale 205 bis 214 erfolgt.

QUANTENBIT MANIPULATIONEN
QUANTENBIT-MANIPULATIONSVERFAHREN 144-149

144. Verfahren zur Manipulation eines Quantenbits (QUB),
- - wobei das Quantenbit (QUB) ein Quantenbit (QUB) nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 39 ist, mit den Schritten
- - zeitweises Bestromen der horizontalen Leitung (LH) mit einem horizontalen Strom (IH) mit einer horizontalen Stromkomponente, die mit einer Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW ) mit einer horizontalen Modulation moduliert ist;
- - zeitweises Bestromen der vertikalen Leitung (LV) mit einem vertikalen Strom (IV) mit einer vertikalen Stromkomponente, die mit der Elektron-Elektron-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW ) mit einer vertikalen Modulation moduliert ist,
145. Verfahren nach Merkmal 144
- - wobei die horizontale Modulation der horizontalen Stromkomponente um +/-90° gegenüber der vertikalen Modulation der vertikalen Stromkomponente zeitlich phasenverschoben ist.
146. Verfahren nach Merkmal 144 oder 145
- - wobei die vertikale Stromkomponente mit einem vertikalen Strompuls mit einer Pulsdauer gepulst ist und
- - wobei die horizontale Stromkomponente mit einem horizontalen Strompuls mit einer Pulsdauer gepulst ist
147. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 144 bis 146
- - wobei der vertikale Strompuls gegenüber dem horizontalen Strompuls um +/π/2 der Periode der Elektron-Elektron-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW ) phasenverschoben ist.
148. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 144 bis 147 wobei die zeitliche Pulsdauer des horizontalen Strompulses und des vertikalen Strompulses die Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz von π/4 oder π/2 (Hadamard Gate) oder 3π/4 oder π (NOT-Gate) der Rabi-Oszillation des Quantenpunkts (NV) hat oder
- - wobei die zeitliche Pulsdauer des horizontalen Strompulses und des vertikalen Strompulses die Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Periodendauer der Rabi-Oszillation des Quantenpunkts (NV) hat.
149. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 144 bis 147
- - - wobei der Strompuls eine Einschwingphase und eine Ausschwingphase besitzt und
Wobei der Strompuls eine Amplitudenüllkurve besitzt und wobei die Pulsdauer sich auf den zeitlichen Abstand der Zeitpunkte der 70% Amplitude der Maximalamplitude der Amplitudenhüllkurve bezieht.

KERNQUANTENBIT-MANIPULATIONSVERFAHREN 150-154

150. Verfahren zur Manipulation eines Kernquantenbits (QUB),
- - wobei des Kernquantenbit (CQUB) ein Kernquantenbit (CQUB) nach einem oder mehreren der Merkmale 40 bis 78 ist,
mit den Schritten
- - Bestromen der horizontalen Leitung (LH) des Kernquantenbits (CQUB) mit einem horizontalen Strom (IH) mit einer horizontalen Stromkomponente, die mit einer ersten Kern-Kern-Radiowellenfrequenz (f_RWCC ) und/oder mit einer zweiten Kern-Kern-Radiowellenfrequenz (f_RWCC2) als Modulationsfrequenz mit einer horizontalen Modulation moduliert ist;
- - Bestromen der vertikalen Leitung (LV) des Kernquantenbits (CQUB) mit einem vertikalen Strom (IV) mit einer vertikalen Stromkomponente, die mit der Modulationsfrequenz mit einer vertikalen Modulation moduliert ist,
- - wobei die horizontale Modulation der horizontalen Stromkomponente um +/-90° gegenüber der vertikalen Modulation der vertikalen Stromkomponente zeitlich phasenverschoben ist.
151. Verfahren nach Merkmal 150
- - wobei die vertikale Stromkomponente mit einem vertikalen Strompuls mit einer Pulsdauer gepulst ist und
- - wobei die horizontale Stromkomponente mit einem horizontalen Strompuls mit einer Pulsdauer gepulst ist
152. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 150 bis 151
- - wobei der vertikale Strompuls gegenüber dem horizontalen Strompuls um +/π/2 der Periode der ersten Kern-Kern-Radiowellenfrequenz (f_RWCC ) bzw. um +/π/2 der Periode der zweiten Kern-Kern-Radiowellenfrequenz (f_RWCC2) phasenverschoben ist.
153. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 151 bis 152 wobei die zeitliche Pulsdauer des horizontalen Strompulses und des vertikalen Strompulses die Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (NOT-Gate) der Periodendauer der Rabi-Oszillation Kernquantenpunkts (Cl) des ersten Kernquantenbits (CQUB) hat oder
- - wobei die zeitliche Pulsdauer des horizontalen Strompulses und des vertikalen Strompulses die Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Periodendauer der Rabi-Oszillation Kernquantenpunkts (Cl) des ersten Kernquantenbits (CQUB) hat.
154. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 151 bis 152
- - wobei der Strompuls eine Einschwingphase und eine Ausschwingphase besitzt und
- - wobei der Strompuls eine Amplitudenhüllkurve besitzt und
- - wobei die Pulsdauer sich auf den zeitlichen Abstand der Zeitpunkte der 70% Amplitude der Maximalamplitude der Amplitudenhüllkurve bezieht.

QUANTENREGISTER EINZELOPERATIONEN 155 - 231
SELEKTIVE MANIPULATIONSVERFAHREN FÜR EINZELNE QUNATENBITS IN QUANTENREGISTERN 155-122
SELEKTIVES NV1 QUANTENBIT-ANSTEUERVERFAHREN 155-161

155. Verfahren zur selektiven Ansteuerung eines ersten Quantenbits (QUB1) eines Quantenregisters (QUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 93 bis 104 mit den Schritten
- - zeitweises Bestromen der ersten horizontalen Leitung (LH1) des Quantenregisters (QUREG) mit einer ersten horizontalen Stromkomponente des ersten horizontalen Stromes (IH1), der mit einer ersten horizontalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWH1 ) mit einer ersten horizontalen Modulation moduliert ist;
- - zeitweises Bestromen der ersten vertikalen Leitung (LV1) des Quantenregisters (QUREG) mit einer ersten vertikalen Stromstromkomponente des ersten vertikalen Stromes (IV1) mit der ersten vertikalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV1 ) mit einer ersten vertikalen Modulation moduliert ist,
- - zusätzliches Bestromen der ersten horizontalen Leitung (LH1) mit einer ersten horizontalen Gleichstromkomponente (IHG1) des ersten horizontalen Stromes (IH1),
- - wobei die erste horizontale Gleichstromkomponente (IHG1) einen ersten horizontalen Stromwert von 0A aufweisen kann;
- - zusätzliches Bestromen der ersten vertikalen Leitung (LV1) mit einer ersten vertikalen Gleichstromkomponente (IVG1) des ersten vertikalen Stromes (IV1),
- - wobei die erste vertikale Gleichstromkomponente (IVG1) einen ersten vertikalen Stromwert von 0A aufweisen kann;
- - zusätzliches Bestromen der zweiten vertikalen Leitung (LV2) mit einer zweiten vertikalen Gleichstromkomponente (IVG2),
- - wobei die zweite vertikale Gleichstromkomponente einen zweiten vertikalen Stromwert aufweist, der von dem ersten vertikalen Stromwert abweicht.
156. Verfahren nach Merkmal 155
- - wobei das Verfahren nach Merkmal 155 zur Selektion des ersten Quantenbits (QUB1) oder des zweiten Quantenbits (QUB2) durch Verstimmung der der ersten vertikalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV1 ) gegenüber der zweiten vertikalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV2 ) benutzt wird.
157. Verfahren nach dem Merkmal 155 oder 156
- - wobei die erste horizontale Modulation um +/- π/2 der Periode der ersten horizontalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWH1 ) gegenüber der ersten vertikalen Modulation phasenverschoben ist.
158. Verfahren nach dem Merkmal 155 oder 157,
- - wobei die erste vertikale Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV1 ) gleich der ersten horizontalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWH1 ) ist.
159. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 155 bis 158
- - wobei die erste vertikale Stromkomponente mit einem ersten vertikalen Strompuls mit einer ersten Pulsdauer gepulst ist und
- - wobei die erste horizontale Stromkomponente mit einem ersten horizontalen Strompuls mit der ersten Pulsdauer gepulst ist
160. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 155 bis 159 und Merkmal 159
- - wobei der erste vertikale Strompuls gegenüber dem ersten horizontalen Strompuls um +/- π/2 der Periode der ersten horizontalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWH1 ) phasenverschoben ist.
161. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 155 bis 160
- - wobei die erste zeitliche Pulsdauer eine erste Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (NOT-Gate) der Rabi-Oszillation des ersten Quantenpunkts (NV1) hat und/oder
- - wobei die erste zeitliche Pulsdauer eine erste Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Periodendauer der Rabi-Oszillation des ersten Quantenpunkts (NV1) hat.

SELEKTIVES NV2 SEP. LH2 LTG QUANTENREGISTER-ANSTEUERVERFAHREN 162-168

162. Verfahren zur unterschiedlichen Ansteuerung eines ersten Quantenbits (QUB1) und eines zweiten Quantenbits (QUB2) eines Quantenregisters (QUREG) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 155 bis 161 mit den zusätzlichen Schritten
- - zusätzliches Bestromen der zweiten horizontalen Leitung (LH2) mit einer zweiten horizontalen Stromkomponente des zweiten horizontalen Stromes (IH2), der mit einer zweiten horizontalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWH2 ) mit einer zweiten horizontalen Modulation moduliert ist,
- - zusätzliches Bestromen der zweiten vertikalen Leitung (LV2) mit einer zweiten vertikalen Stromkomponente des zweiten vertikalen Stromes (IV2), der mit einer zweiten vertikalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV2 ) mit einer zweiten vertikalen Modulation moduliert ist.
163. Verfahren nach dem Merkmal 162
- - wobei die zweite horizontale Modulation um +/- π/2 der Periode der zweiten horizontalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWH2 ) gegenüber der zweiten vertikalen Modulation phasenverschoben ist.
164. Verfahren nach dem Merkmal 162 bis 163
- - wobei die zweite vertikale Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV2 ) gleich der zweiten horizontalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWH2 ) ist.
165. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 162 bis 164
- - wobei die zweite vertikale Stromkomponente mit einem zweiten vertikalen Strompuls mit einer zweiten Pulsdauer gepulst ist und
- - wobei die erste horizontale Stromkomponente mit einem zweiten horizontalen Strompuls mit der zweiten Pulsdauer gepulst ist
166. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 162 bis 165 und Merkmal 165
- - wobei der zweite vertikale Strompuls gegenüber dem zweiten horizontalen Strompuls um +/- π/2 der Periode der zweiten vertikalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV2 ) phasenverschoben ist.
167. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 165 bis 166
- - wobei das Quantenregister (QUREG) mehr als zwei Quantenbits umfasst und
168. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 165 bis 167
- - wobei die zweite zeitliche Pulsdauer eine zweite Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz von π/4 oder π/2 (Hadamar-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) der Rabi-Oszillation des zweiten Quantenpunkts (NV2) hat und/oder
- - wobei die zweite zeitliche Pulsdauer eine zweite Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Periodendauer der Rabi-Oszillation des zweiten Quantenpunkts (NV2) hat.

SELEKTIVES NV2 GEM. LV1 QUANTENREGISTER-ANSTEUERVERFAHREN 169-174

169. Verfahren zur unterschiedlichen Ansteuerung eines ersten Quantenbits (QUB1) und eines zweiten Quantenbits (QUB2) eines Quantenregisters (QUREG) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 155 bis 161 mit den zusätzlichen Schritten
- - zusätzliches Bestromen der zweiten horizontalen Leitung (LH2) mit einer zweiten horizontalen Stromkomponente des zweiten horizontalen Stromes (IH2), der mit einer zweiten horizontalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWH2 ) mit einer zweiten horizontalen Modulation moduliert ist,
- - zusätzliches Bestromen der ersten vertikalen Leitung (LV1) mit einer zweiten vertikalen Stromkomponente des ersten vertikalen Stromes (IV1), der mit einer zweiten vertikalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV2 ) mit einer zweiten vertikalen Modulation moduliert ist.
170. Verfahren nach dem Merkmal 169
- - wobei die zweite horizontale Modulation um +/- π/2 der Periode der zweiten horizontalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWH2 ) gegenüber der zweiten vertikalen Modulation phasenverschoben ist.
171. Verfahren nach dem Merkmal 169, und 169
- - wobei die zweite vertikale Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV2 ) gleich der zweiten horizontalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWH2 ) ist.
172. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 169 bis 171
- - wobei die zweite vertikale Stromkomponente mit einem zweiten vertikalen Strompuls mit einer zweiten Pulsdauer gepulst ist und
- - wobei die erste horizontale Stromkomponente mit einem zweiten horizontalen Strompuls mit der zweiten Pulsdauer gepulst ist
173. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 169 bis 172 und Merkmal 172
- - wobei der zweite vertikale Strompuls gegenüber dem zweiten horizontalen Strompuls um +/- π/2 der Periode der zweiten vertikalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV2 ) phasenverschoben ist.
174. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 172 bis 173
- - wobei die zweite zeitliche Pulsdauer eine zweite Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz von π/4 oder π/2 (Hadamerd-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) der Rabi-Oszillation des zweiten Quantenpunkts (NV2) hat und/oder
- - wobei die zweite zeitliche Pulsdauer eine zweite Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Periodendauer der Rabi-Oszillation des zweiten Quantenpunkts (NV2) hat.

SELEKTIVES NV2 GEM. LH1 LTG QUANTENREGISTER-ANSTEUERVERFAHREN 175-180

175. Verfahren zur unterschiedlichen Ansteuerung eines ersten Quantenbits (QUB1) und eines zweiten Quantenbits (QUB2) eines Quantenregisters (QUREG) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 155 bis 161 mit den zusätzlichen Schritten
- - zusätzliches Bestromen der ersten horizontalen Leitung (LH1) mit einer zweiten horizontalen Stromkomponente des ersten horizontalen Stromes (IH1), der mit einer zweiten horizontalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWH2 ) mit einer zweiten horizontalen Modulation moduliert ist,
- - zusätzliches Bestromen der zweiten vertikalen Leitung (LV2) mit einer zweiten vertikalen Stromkomponente des zweiten vertikalen Stromes (IV2), der mit einer zweiten vertikalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV2 ) mit einer zweiten vertikalen Modulation moduliert ist.
176. Verfahren nach dem Merkmal 175
- - wobei die zweite horizontale Modulation um +/- 90° gegenüber der zweiten vertikalen Modulation phasenverschoben ist.
177. Verfahren nach dem Merkmal 175 bis 176,
- - wobei die zweite vertikale Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV2 ) gleich der zweiten horizontalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWH2 ) ist.
178. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 175 bis 177
- - wobei die zweite vertikale Stromkomponente mit einem zweiten vertikalen Strompuls mit einer zweiten Pulsdauer gepulst ist und
- - wobei die erste horizontale Stromkomponente mit einem zweiten horizontalen Strompuls mit der zweiten Pulsdauer gepulst ist
179. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 175 bis 178 und Merkmal 178
- - wobei der zweite vertikale Strompuls gegenüber dem zweiten horizontalen Strompuls um +/- π/2 der Periode der zweiten vertikalen Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV2 ) phasenverschoben ist.
180. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 178 bis 179
- - wobei die zweite zeitliche Pulsdauer eine zweite Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) der Rabi-Oszillation des zweiten Quantenpunkts (NV2) hat und/oder
- - wobei die zweite zeitliche Pulsdauer eine zweite Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Periodendauer der Rabi-Oszillation des zweiten Quantenpunkts (NV2) hat.

ELEKTRON1-ELEKTRON2-AUSTAUSCH-OPERATION 181-197
NICHT-SELEKTIVES NV1 NV2 QUANTENBIT-KOPPLUNGSVERFAHREN 181-195

181. Verfahren zur Ansteuerung des Paares aus einem ersten Quantenbit (QUB1) und einem zweiten Quantenbit (QUB2) eines Quantenregisters (QUREG) dieses Quantenregisters (QUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 93 bis 104, mit den Schritten
- - zeitweises Bestromen der ersten horizontalen Leitung (LH1) des Quantenregisters (QUREG) mit einer ersten horizontalen Stromkomponente des ersten horizontalen Stromes (IH1), die mit einer ersten horizontalen Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWHEE1 ) mit einer ersten horizontalen Modulation moduliert ist;
- - zeitweises Bestromen der ersten vertikalen Leitung (LV1) des Quantenregisters (QUREG) mit einer ersten vertikalen Stromstromkomponente des ersten vertikalen Stromes (IV1), die mit einer ersten vertikalen Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWVEE1 ) mit einer ersten vertikalen Modulation moduliert ist;
- - zeitweises Bestromen der zweiten horizontalen Leitung (LH2) des Quantenregisters (QUREG) mit einer zweiten horizontalen Stromkomponente des zweiten horizontalen Stromes (IH2), die mit der ersten horizontalen Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWHEE1 ) mit der zweiten horizontalen Modulation moduliert ist;
- - zeitweises Bestromen der zweiten vertikalen Leitung (LV2) des Quantenregisters (QUREG) mit einer zweiten vertikalen Stromstromkomponente des zweiten vertikalen Stromes (IV2), die mit der ersten vertikalen Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWVEE1 ) mit der zweiten vertikalen Modulation moduliert ist
- - wobei die zweite horizontale Leitung (LH2) gleich der ersten horizontalen Leitung (LH1) sein kann und wobei dann der zweite horizontale Strom (IH2) gleich dem ersten horizontalen Strom (IH1) ist und wobei dann der zweite horizontale Strom (IH2) mit der Einspeisung des ersten horizontalen Stromes (IH1) bereits eingespeist ist und
- - wobei die zweite vertikale Leitung (LV2) gleich der ersten vertikalen Leitung (LV2) sein kann und wobei dann der zweite vertikale Strom (IV2) gleich dem ersten vertikalen Strom (IV1) ist und wobei dann der zweite vertikale Strom (IV2) mit der Einspeisung des ersten vertikalen Stromes (IV1) bereits eingespeist ist.
182. Verfahren nach Merkmal 181
- - wobei die erste horizontale Modulation um +/- π/2 der Periode der ersten horizontalen Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWHEE1 ) gegenüber der ersten vertikalen Modulation phasenverschoben ist und
- - wobei die zweite horizontale Modulation um +/- π/2 der Periode der zweiten horizontalen Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWHEE2 ) gegenüber der zweiten vertikalen Modulation phasenverschoben ist.
183. Verfahren nach Merkmal 181
- - zusätzliches Bestromen der ersten horizontalen Leitung (LH1) mit einer ersten horizontalen Gleichstromkomponente (IHG1) des ersten horizontalen Stromes (IH1),
- - wobei die erste horizontale Gleichstromkomponente (IHG1) einen ersten horizontalen Stromwert besitzt;
- - wobei die erste horizontale Gleichstromkomponente (IHG1) einen ersten horizontalen Stromwert von 0A aufweisen kann;
- - zusätzliches Bestromen der ersten vertikalen Leitung (LV1) mit einer ersten vertikalen Gleichstromkomponente (IVG1) des ersten vertikalen Stromes (IV1),
- - wobei die erste vertikale Gleichstromkomponente (IVG1) einen ersten vertikalen Stromwert besitzt;
- - wobei die erste vertikale Gleichstromkomponente (IVG1) einen ersten vertikalen Stromwert von 0A aufweisen kann;
- - zusätzliches Bestromen der zweiten horizontalen Leitung (LH2) mit einer zweiten horizontalen Gleichstromkomponente (IHG2) des zweiten horizontalen Stromes (IH2),
- - wobei die zweite horizontale Gleichstromkomponente (IHG2) einen zweiten horizontalen Stromwert besitzt;
- - wobei die zweite horizontale Gleichstromkomponente (IHG2) einen zweiten horizontalen Stromwert von 0A aufweisen kann;
- - zusätzliches Bestromen der zweiten vertikalen Leitung (LV2) mit einer zweiten vertikalen Gleichstromkomponente (IVG2) des zweiten vertikalen Stromes (IV2),
- - wobei die zweite vertikale Gleichstromkomponente (IVG2) einen zweiten vertikalen Stromwert besitzt;
- - wobei die zweite vertikale Gleichstromkomponente (IVG2) einen ersten vertikalen Stromwert von 0A aufweisen kann;
184. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 181 bis 182
- - wobei der erste horizontale Stromwert gleich dem zweiten horizontalen Stromwert ist.
185. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 181 bis 184
- - wobei der erste vertikale Stromwert gleich dem zweiten vertikalen Stromwert ist.
186. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 181 bis 185
- - wobei die erste vertikale Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWV1 ) gleich der ersten horizontalen Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWHEE1 ) ist.
187. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 181 bis 186
- - wobei die erste vertikale Stromkomponente mit einem ersten vertikalen Strompuls mit einer ersten Pulsdauer gepulst ist und
- - wobei die erste horizontale Stromkomponente mit einem ersten horizontalen Strompuls mit der ersten Pulsdauer gepulst ist
188. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 181 bis 187
- - wobei die zweite vertikale Stromkomponente mit einem zweiten vertikalen Strompuls mit einer zweiten Pulsdauer gepulst ist und
- - wobei die zweite horizontale Stromkomponente mit einem zweiten horizontalen Strompuls mit der zweiten Pulsdauer gepulst ist.
189. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 181 bis 188
- - wobei die erste vertikale Stromkomponente mit einem ersten vertikalen Strompuls mit einer ersten Pulsdauer gepulst ist und
- - wobei die erste horizontale Stromkomponente mit einem ersten horizontalen Strompuls mit der ersten Pulsdauer gepulst ist
190. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 181 bis 189
- - wobei die zweite vertikale Stromkomponente mit einem zweiten vertikalen Strompuls mit einer zweiten Pulsdauer gepulst ist und
- - wobei die zweite horizontale Stromkomponente mit einem zweiten horizontalen Strompuls mit der zweiten Pulsdauer gepulst ist
191. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 181 bis 190 und Merkmal 189
- - wobei der erste vertikale Strompuls gegenüber dem ersten horizontalen Strompuls um +/- π/2 der Periode der ersten Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWHEE1 ) phasenverschoben ist.
192. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 181 bis 191 und Merkmal 190
- - wobei der zweite vertikale Strompuls gegenüber dem zweiten horizontalen Strompuls um +/- π/2 der Periode der zweiten Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWHEE2 ) phasenverschoben ist.
193. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 181 bis 192
- - wobei die erste zeitliche Pulsdauer eine erste Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) der Rabi-Oszillation des Quantenpunktpaares aus dem ersten Quantenpunkt (NV1) und dem zweiten Quantenpunkt (NV2) hat und/oder
- - wobei die erste zeitliche Pulsdauer eine erste Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Periodendauer der Rabi-Oszillation des Quantenpunktpaares aus dem ersten Quantenpunkt (NV1) und dem zweiten Quantenpunkt (NV2) hat.
194. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 181 bis 191
- - wobei die zweite zeitliche Pulsdauer eine zweite Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (not-Gate)der Rabi-Oszillation des Quantenpunktpaares aus dem ersten Quantenpunkt (NV1) und dem zweiten Quantenpunkt (NV2) hat und/oder
- - wobei die zweite zeitliche Pulsdauer eine zweite Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Periodendauer der Rabi-Oszillation des Quantenpunktpaares aus dem ersten Quantenpunkt (NV1) und dem zweiten Quantenpunkt (NV2) hat.
195. Verfahren nach Merkmal 191 und 194
- - wobei die erste zeitliche Pulsdauer gleich der zweiten zeitlichen Pulsdauer ist.

SELEKTIVES NV1 NV2 QUANTENBIT-KOPPLUNGSVERFAHREN 196-197

196. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 181 bis195 zur Ansteuerung des Paares aus einem ersten Quantenbit (QUB1) und einem zweiten Quantenbit (QUB2) eines Quantenregisters (QUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 93 bis 104
- - wobei die Ansteuerung selektiv gegenüber weiteren Quantenbits (QUBj) dieses Quantenregisters (QUREG) ist,
mit den Schritten
- - zusätzliches Bestromen der ersten horizontalen Leitung (LH1) mit einer ersten horizontalen Gleichstromkomponente (IHG1) des ersten horizontalen Stromes (IH1),
- - wobei die erste horizontale Gleichstromkomponente (IHG1) einen ersten horizontalen Stromwert besitzt;
- - wobei die erste horizontale Gleichstromkomponente (IHG1) einen ersten horizontalen Stromwert von 0A aufweisen kann;
- - zusätzliches Bestromen der ersten vertikalen Leitung (LV1) mit einer ersten vertikalen Gleichstromkomponente (IVG1) des ersten vertikalen Stromes (IV1),
- - wobei die erste vertikale Gleichstromkomponente (IVG1) einen ersten vertikalen Stromwert besitzt;
- - wobei die erste vertikale Gleichstromkomponente (IVG1) einen ersten vertikalen Stromwert von 0A aufweisen kann;
- - zusätzliches Bestromen der zweiten horizontalen Leitung (LH2) mit einer zweiten horizontalen Gleichstromkomponente (IHG2) des zweiten horizontalen Stromes (IH2),
- - wobei die zweite horizontale Gleichstromkomponente (IHG2) einen zweiten horizontalen Stromwert besitzt;
- - wobei die zweite horizontale Gleichstromkomponente (IHG2) einen zweiten horizontalen Stromwert von 0A aufweisen kann;
- - zusätzliches Bestromen der zweiten vertikalen Leitung (LV2) mit einer zweiten vertikalen Gleichstromkomponente (IVG2) des zweiten vertikalen Stromes (IV2),
- - wobei die zweite vertikale Gleichstromkomponente (IVG2) einen zweiten vertikalen Stromwert besitzt;
- - wobei die zweite vertikale Gleichstromkomponente (IVG2) einen ersten vertikalen Stromwert von 0A aufweisen kann;
- - zusätzliches Bestromen der j-ten horizontalen Leitung (LHj) eines ggf. vorhandenen weiteren j-ten Quantenbits (QUBj) des Quantenregisters (QUREG) mit einer j-ten horizontalen Gleichstromkomponente (IHGj),
- - wobei die j-te horizontale Gleichstromkomponente (IHGj) einen j-ten horizontalen Stromwert besitzt;
- - zusätzliches Bestromen der j-ten vertikalen Leitung (LVj) eines ggf. vorhandenen weiteren j-ten Quantenbits (QUBj) des Quantenregisters (QUREG) mit einer j-ten vertikalen Gleichstromkomponente (IVGj)
- - wobei die j-te vertikale Gleichstromkomponente (IHGj) einen j-ten vertikalen Stromwert besitzt.
197. Verfahren nach Merkmal 196
- - wobei der erste vertikale Stromwert von dem j-ten vertikalen Stromwert verschieden ist und/oder.
- - wobei der zweite vertikale Stromwert von dem j-ten vertikalen Stromwert verschieden ist und/oder.
- - wobei der erste horizontale Stromwert von dem j-ten horizontalen Stromwert verschieden ist und/oder.
- - wobei der zweite horizontale Stromwert von dem j-ten horizontalen Stromwert verschieden ist.

ALLGEMEINE VERSCHRÄNKUNG (Elektron-Elektron-ENTANGLEMENT) 198 -199

198. Verfahren zur Verschränkung der Quanteninformation eines ersten Quantenpunkts (NV1), insbesondere des Spins seiner Elektronenkonfiguration, eines ersten Quantenbits (QUB1) eines Quantenregisters (QUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 93 bis 104 oder eines Inhomogenen Quantenregisters (IQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 105 bis 111 mit der Quanteninformation eines zweiet Quantenpunkts (NV2), insbesondere des ersten Spins der ersten Elektronenkonfiguration des zweiten Quantenpunkts (QUB2), eines zweiten Quantenbits (QUB2) dieses Quantenregisters (QUREG) bzw. dieses inhomogenen Quantenregisters (IQUREG), im Folgenden als Elektron-Elektron-ENTENGLEMENT-Operation bezeichnet, gekennzeichnet dadurch,
- - dass sie ein Verfahren zum Zurücksetzen des Elektron-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) bzw. des inhomogenen Quantenregisters (IQUREG) umfasst und
- - dass sie ein Verfahren zum Ausführen eines Hadamard-Gates umfasst und
- - dass sie ein Verfahren zum Ausführen eines CNOT-Gates umfasst.
- - dass sie ein anderes Verfahren zur Verschränkung der Quanteninformation des ersten Quantenpunkts (NV1), insbesondere des ersten Spins der ersten Elektronenkonfiguration des ersten Quantenpunkts (NV1), des ersten Quantenbits (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 93 bis 104 bzw. des inhomogenen Quantenregisters (IQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 105 bis 111 mit der Quanteninformation eines zweiten Quantenpunkts (NV2), insbesondere des zweiten Spins der zweiten Elektronenkonfiguration dieses zweiten Quantenpunkts (NV2), eines zweiten Quantenbits (QUB2) dieses Elektron-Elektron-Quantenregisters (QUREG) bzw. dieses inhomogenen Quantenregisters (IQUREG) ist.
199. Verfahren zur Verschränkung der Quanteninformation eines ersten Quantenpunkts (NV1), insbesondere des ersten Spins der ersten Elektronenkonfiguration, eines ersten Quantenbits (QUB1) eines Quantenregisters (QUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 93 bis 104 oder eines Inhomogenen Quantenregisters (IQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 105 bis 111 mit der Quanteninformation eines zweiten Quantenpunkts (NV2), insbesondere des zweiten Spins der zweiten Elektronenkonfiguration des zweiten Quantenpunkts (QUB2), eines zweiten Quantenbits (QUB2) dieses Quantenregisters (QUREG) bzw. dieses inhomogenen Quantenregisters (IQUREG), im Folgenden als Elektron-Elektron-ENTENGLEMENT-Operation bezeichnet, gekennzeichnet dadurch,
- - dass sie ein Verfahren zum Zurücksetzen des Elektron-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) bzw. des inhomogenen Quantenregisters (IQUREG) nach Merkmal 140 umfasst und
- - dass sie ein Verfahren zum Ausführen eines Hadamard-Gates nach einem oder mehreren der Merkmale 144 bis 149umfasst und
- - dass sie ein Verfahren zum Ausführen eines CNOT-Gates nach Merkmal 234 umfasst.
- - dass sie ein anderes Verfahren zur Verschränkung der Quanteninformation des ersten Quantenpunkts (NV1), insbesondere des ersten Spins der ersten Elektronenkonfiguration des ersten Quantenpunkts (NV1), des ersten Quantenbits (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 93 bis 104 bzw. des inhomogenen Quantenregisters (IQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 105 bis 111 mit der Quanteninformation eines zweiten Quantenpunkts (NV2), insbesondere des zweiten Spins der zweiten Elektronenkonfiguration dieses zweiten Quantenpunkts (NV2), eines zweiten Quantenbits (QUB2) dieses Elektron-Elektron-Quantenregisters (QUREG) bzw. dieses inhomogenen Quantenregisters (IQUREG) ist.

ELEKTRON-KERN-AUSTAUSCH-OPERATION 200-214
KERN-ELEKTRON-CNOT (Kern-Elektron-CNOT-Operation) 200 - 204

200. KERN-ELEKTRON-CNOT-Operation zur Änderung der der Quanteninformation eines Quantenpunkts (NV), insbesondere dessen Elektrons bzw. dessen Elektronenkonfiguration, eines Quantenbits (QUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 90 in Abhängigkeit von der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines Kernquantenbits (CQUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG), im Folgenden Kern- Elektron-CNOT-Operation genannt, mit dem Schritt
- - Einspeisen einer horizontalen Stromkomponente des horizontalen Stromes (IH) in die horizontale Leitung (LH) des Quantenbits (QUB), wobei die horizontale Stromkomponente eine horizontale Modulation mit der Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE ) aufweist und
- - Einspeisen einer vertikalen Stromkomponente des vertikalen Stromes (IV) in die vertikale Leitung (LV) des Quantenbits (QUB),
- -- wobei die vertikale Stromkomponente eine vertikale Modulation mit der Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE ) aufweist.
201. Verfahren nach Merkmal 200
- - wobei die vertikale Modulation gegenüber der horizontalen Modulation um +/π/2 der Periode der Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE ) verschoben ist.
202. Verfahren nach Merkmal 200 und 201
- - wobei die erste vertikale Stromkomponente mit einem ersten vertikalen Strompuls mit einer ersten Pulsdauer gepulst ist und
- - wobei die erste horizontale Stromkomponente mit einem ersten horizontalen Strompuls mit der ersten Pulsdauer gepulst ist.
203. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 200 bis 202
- - wobei der erste vertikale Strompuls gegenüber dem horizontalen Strompuls um +/- π/2 der Periode der Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE ) phasenverschoben ist.
204. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 200 bis 203
- - wobei die erste zeitliche Pulsdauer eine erste Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) der Rabi-Oszillation des Quantenpaares aus dem Quantenpunkt (NV1) Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) und dem Kernquantenpunkt (CQUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) hat und/oder
- - wobei die erste zeitliche Pulsdauer eine erste Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Periodendauer der Rabi-Oszillation des Quantenpaares aus dem Quantenpunkt (NV1) Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) und dem Kernquantenpunkt (CQUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) hat.

ELEKTRON-KERN-CNOT (Elektron-Kern-CNOT-Operation) 205 - 209

205. ELEKTRON-KERN-CNOT-Operation zur Änderung der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines Kernquantenbits (CQUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 90 in Abhängigkeit von der Quanteninformation eines Quantenpunkts (NV), insbesondere dessen Elektrons bzw. dessen Elektronenkonfiguration, eines Quantenbits (QUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG), im Folgenden Elektron-Kern- CNOT-Operation genannt, mit dem Schritt:
- - Einspeisen einer horizontalen Stromkomponente des horizontalen Stromes (IH) in die horizontale Leitung (LH) des Quantenbits (QUB), wobei die horizontale Stromkomponente eine horizontale Modulation mit der Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_RWEC ) aufweist und
- - Einspeisen einer Stromkomponente des vertikalen Stromes (IV) in die vertikale Leitung (LV) des Quantenbits (QUB),
- -- wobei die vertikale Stromkomponente eine vertikale Modulation mit der Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_RWEC ) aufweist,
206. Verfahren nach Merkmal 205
- - wobei die vertikale Modulation gegenüber der horizontalen Modulation um +/π/2 bezogen auf die Periodendauer der Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_RWEC ) verschoben ist.
207. Verfahren nach Merkmal 205 bis 206
- - wobei die vertikale Stromkomponente mit einem vertikalen Strompuls mit einer Pulsdauer gepulst ist und
- - wobei die horizontale Stromkomponente mit einem horizontalen Strompuls mit der Pulsdauer gepulst ist.
208. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 205 bis 207
- - wobei der vertikale Strompuls gegenüber dem horizontalen Strompuls um +/π/2 der Periode der Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_RWEC ) phasenverschoben ist.
209. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 205 bis 208
- - wobei die erste zeitliche Pulsdauer eine erste Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz von π/4 oder π/2 (Hadamard) oder 3π/4 oder π (Not-gate) der Rabi-Oszillation des Quantenpaares aus dem Quantenpunkt (NV1) Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) und dem Kernquantenpunkt (CQUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) hat und/oder
- - wobei die erste zeitliche Pulsdauer eine erste Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Periodendauer der Rabi-Oszillation des Quantenpaares aus dem Quantenpunkt (NV1) Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) und dem Kernquantenpunkt (CQUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) hat.

SPINAUSTAUSCH KERN ELEKTRON (Elektron-Kern-Austausch-Operation) 210 - 212

210. Verfahren zur Verschränkung der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines Kernquantenbits (CQUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 90 mit der Quanteninformation eines Quantenpunkts (NV), insbesondere dessen Elektrons, eines Quantenbits (QUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG), im Folgenden Elektron-Kern-Austausch-Operation genannt, mit den Schritten
- - Durchführen einer ELEKTRON-KERN-CNOT-Operation;
- - anschließendes Durchführen einer KERN-ELEKTRON-CNOT-Operation;
- - anschließendes Durchführen einer ELEKTRON-KERN-CNOT-Operation.
211. Verfahren nach Merkmal 210
- - wobei das Verfahren zur Durchführen einer ELEKTRON-KERN-CNOT-Operation ein Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 205 bis 209 ist.
212. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 210 bis 211
- - wobei das Verfahren zur Durchführen einer KERN-ELEKTRON-CNOT-Operation ein Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 200 bis 204 ist.

SPINAUSTAUSCH KERN ELEKTRON ALTERNATIVES VERFAHREN 213

213. Verfahren zur Verschränkung der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines Kernquantenbits (CQUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 90 mit der Quanteninformation eines Quantenpunkts (NV), insbesondere dessen Elektrons, eines Quantenbits (QUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG), im Folgenden Elektron-Kern-Austausch-Delay-Operation genannt, mit den Schritten
- - Ändern der Quanteninformation des Quantenpunkts (NV), insbesondere der Quanteninformation des Spin-Zustands der Elektronenkonfiguration des Quantenpunkts(NV);
- - anschließendes Abwarten einer Kernspinrelaxationszeit τ_K.

ALLGEMEINE VERSCHRÄNKUNG (Kern-Elektron-ENTANGLEMENT) 214

214. Verfahren zur Verschränkung der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines Kernquantenbits (CQUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 90 mit der Quanteninformation eines Quantenpunkts (NV), insbesondere dessen des Spins der Elektronenkonfiguration des Quantenpunkts (NV), eines Quantenbits (QUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG), im Folgenden als Kern-Elektron-ENTENGLEMENT-Operation bezeichnet, gekennzeichnet dadurch,
- - dass sie ein Verfahren zum Zurücksetzen eines Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) umfasst und
- - dass sie ein Verfahren zum Ausführen eines Hadamard-Gates umfasst und
- - dass sie ein Verfahren zum Ausführen eines CNOT-Gates umfasst.
- - dass sie ein anderes Verfahren zur Verschränkung der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines Kernquantenbits (CQUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 90 mit der Quanteninformation eines Quantenpunkts (NV), insbesondere dessen des Spins der Elektronenkonfiguration eines Quantenpunkts (NV), eines Quantenbits (QUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) ist.
215. Verfahren zur Verschränkung der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines Kernquantenbits (CQUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 90 mit der Quanteninformation eines Quantenpunkts (NV), insbesondere dessen des Spins der Elektronenkonfiguration des Quantenpunkts (NV), eines Quantenbits (QUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG), im Folgenden als Kern-Elektron-ENTENGLEMENT-Operation bezeichnet, gekennzeichnet dadurch,
- - dass sie ein Verfahren zum Zurücksetzen eines Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 141 bis 143 umfasst und
- - dass sie ein Verfahren zum Ausführen eines Hadamard-Gates nach einem oder mehreren nach den Merkmalen 144 bis 149 umfasst und
- - dass sie ein Verfahren zum Ausführen eines CNOT-Gates nach Merkmal 232 umfasst oder
- - dass sie ein anderes Verfahren zur Verschränkung der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines Kernquantenbits (CQUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 90 mit der Quanteninformation eines Quantenpunkts (NV)), insbesondere dessen des Spins der Elektronenkonfiguration des Quantenpunkts (NV), eines Quantenbits (QUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) ist.

ALLGEMEINE VERTAUSCHUNG (Kern-Elektron-Austausch) 214

216. Verfahren zur Vertauschung der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines Kernquantenbits (CQUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 90 mit der Quanteninformation eines Quantenpunkts (NV), insbesondere dessen Elektrons bzw. dessen Elektronenkonfiguration, eines Quantenbits (QUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG), im Folgenden als Kern-Elektron-Austausch-Operation bezeichnet, gekennzeichnet dadurch,
- - dass sie eine Elektron-Kern-Austausch-Delay-Operation ist oder
- - dass sie eine Elektron-Kern-Austausch-Operation ist oder
- - dass sie ein anderes Verfahren zur Verschränkung der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines Kernquantenbits (CQUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 90 mit der Quanteninformation eines Quantenpunkts (NV), insbesondere dessen Elektrons, eines Quantenbits (QUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) ist.

ELEKTRON-KERN-QUANTENREGISTER-RADIOWELLENANSTEUERVERFAHREN 217-221

217. Verfahren zur Änderung der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines Kernquantenbits (CQUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 90 in Abhängigkeit von der Quanteninformation eines Quantenpunkts (NV), insbesondere dessen Elektrons bzw. dessen Elektronenkonfiguration, eines Quantenbits (QUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) mit den Schritten
- - Bestromen der horizontalen Leitung (LH) des Quantenbits (QUB) mit einem horizontalen Strom (IH) mit einer horizontalen Stromkomponente, die mit einer Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_RWEC ) mit einer horizontalen Modulation moduliert ist;
- - Bestromen der vertikalen Leitung (LV) des Quantenbits (QUB) mit einem vertikalen Strom (IV) mit einer vertikalen Stromkomponente, die mit der Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_RWEC ) mit einer vertikalen Modulation moduliert ist.
218. Verfahren nach Merkmal 217
- - wobei die horizontale Modulation der horizontalen Stromkomponente um +/π/2 der Periode der Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (F_RWEC ) gegenüber der vertikalen Modulation der vertikalen Stromkomponente zeitlich phasenverschoben ist.
219. Verfahren nach Merkmal 217 bis 218
- - wobei die vertikale Stromkomponente mit einem vertikalen Strompuls gepulst ist und
- - wobei die horizontale Stromkomponente mit einem horizontalen Strompuls gepulst ist
220. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 217 bis 219 und Merkmal 219
- - wobei der zweite vertikale Strompuls gegenüber dem zweiten horizontalen Strompuls um +/- π/2 der Periode der Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_RWEC ) phasenverschoben ist.
221. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 217 bis 220 und Merkmal 219
- - wobei die zeitliche Pulsdauer τ_RCE des horizontalen Strompulses und des vertikalen Strompulses die Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (NOT-Gate) der Periodendauer der Rabi-Oszillation des Systems aus dem Quantenpunkt (NV) des Quantenbits (QUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) und dem Kernquantenpunkt (Cl) des Kernquantenbits (CQUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) hat und/oder
- - wobei die zeitliche Pulsdauer τ_RCE des horizontalen Strompulses und des vertikalen Strompulses die Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Periodendauer der Rabi-Oszillation des Systems aus dem Quantenpunkt (NV) des Quantenbits (QUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) und dem Kernquantenpunkt (Cl) des Kernquantenbits (CQUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) hat.

KERN-ELEKTRON-QUANTENREGISTER-MIKROWELLENANSTEUERVERFAHREN 222-226

222. Verfahren zur Änderung der Quanteninformation eines Quantenpunkts (NV), insbesondere dessen Elektrons bzw. dessen Elektronenkonfiguration, eines Quantenbits (QUB) eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 90 in Abhängigkeit von der Quanteninformation eines Kernquantenpunkts (CI), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines Kernquantenbits (CQUB) dieses Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) mit den Schritten
- - Bestromen der horizontalen Leitung (LH) des Quantenbits (QUB) mit einem horizontalen Strom (IH) mit einer horizontalen Stromkomponente, die mit einer Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE ) mit einer horizontalen Modulation moduliert ist;
- - Bestromen der vertikalen Leitung (LV) des Quantenbits (QUB) mit einem vertikalen Strom (IV) mit einer vertikalen Stromkomponente, die mit der Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE ) mit einer vertikalen Modulation moduliert ist.
223. Verfahren nach Merkmal 222
- - wobei die horizontale Modulation der horizontalen Stromkomponente um +/π/2 der Periode der Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE ) gegenüber der vertikalen Modulation der vertikalen Stromkomponente zeitlich phasenverschoben ist.
224. Verfahren nach Merkmal 222 bis 223
- - wobei die vertikale Stromkomponente mit einem vertikalen Strompuls gepulst ist und
- - wobei die horizontale Stromkomponente mit einem horizontalen Strompuls gepulst ist
225. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 222 bis 224 und Merkmal 224
- - wobei der zweite vertikale Strompuls gegenüber dem zweiten horizontalen Strompuls um +/- π/2 der Periode der Kern-Elektron-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE ) phasenverschoben ist.
226. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 222 bis 225
- - wobei die zeitliche Pulsdauer τ_CE des horizontalen Strompulses und des vertikalen Strompulses die Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) der Periodendauer der Rabi-Oszillation des Quantenpaars aus dem Quantenpunkt (NV) des Quantenbits (QUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) und dem Kernquantenpunkt (Cl) des Kernquantenbits (CQUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) hat und/oder
- - wobei die zeitliche Pulsdauer τ_CE des horizontalen Strompulses und des vertikalen Strompulses die Pulsdauer entsprechend einer Phasendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Periodendauer der Rabi-Oszillation des Quantenpaars aus dem Quantenpunkt (NV) des Quantenbits (QUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) und dem Kernquantenpunkt (Cl) des Kernquantenbits (CQUB) des Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) hat.

KERN-KERN-QUANTENREGISTER-RADIOWELLENANSTEUERVERFAHREN 227-231

227. Verfahren zur Änderung der Quanteninformation eines ersten Kernquantenpunkts (CI1), insbesondere des Kernspins dessen Atomkerns, eines ersten Kernquantenbits (CQUB) eines Kern-Kern-Quantenregisters (CCQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 112 bis 117 in Abhängigkeit von der Quanteninformation eines zweiten Kernquantenpunkts (CI2), insbesondere des Kernspins des zweiten Kernquantenpunks (Ci2), eines zweiten Kernquantenbits (CQUB2) dieses Kern-Kern-Quantenregisters (CCQUREG) mit den Schritten
- - Bestromen der ersten horizontalen Leitung (LH1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) mit einer ersten horizontalen Stromkomponente (IH1), die mit einer ersten Kern-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (F_RWECC) mit einer horizontalen Modulation moduliert ist;
- - Bestromen der ersten vertikalen Leitung (LV1) Kernquantenbits (CQUB1) mit einer ersten vertikalen Stromkomponente (IV1), die mit der ersten Kern-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (F_RWECC) mit einer vertikalen Modulation moduliert ist.
228. Verfahren nach dem vorhergehenden Merkmal
- - wobei die horizontale Modulation um +/-π/2 der Periode der ersten Kern-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (F_RWECC) gegenüber der vertikalen Modulation zeitlich phasenverschoben ist.
229. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale
- - wobei die horizontale Stromkomponente zumindest zeitweise mit einem horizontalen Strompulsanteil gepulst ist und
- - wobei die vertikale Stromkomponente zumindest zeitweise mit einem vertikalen Strompulsanteil gepulst ist.
230. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 227 bis 229 und Merkmal 229
- - wobei der zweite vertikale Strompuls gegenüber dem zweiten horizontalen Strompuls um +/- π/2 der Periode der ersten Kern-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (F_RWECC) phasenverschoben ist.
231. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 227 bis 230
- - wobei die zeitliche Pulsdauer τ_RCC des horizontalen und vertikalen Strompulsanteils die Dauer entsprechend einer Phasendifferenz von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) der Periodendauer Rabi-Oszillation des Quantenpaares aus erstem Kernquantenpunkt (CI1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) und aus dem zweiten Kernquantenpunkt(CI2) des zweiten Kernquantenbits (CQUB2) hat und/oder
- - wobei die zeitliche Pulsdauer τ_RCC des horizontalen und vertikalen Strompulsanteils die Dauer entsprechend einer Phasendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Periodendauer der Rabi-Oszillation des Quantenpaares aus erstem Kernquantenpunkt (CI1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) und aus dem zweiten Kernquantenpunkt(CI2) des zweiten Kernquantenbits (CQUB2) hat.

ZUSAMMENGESETZTE VERFAHREN 232
QUANTENBIT-BEWERTUNG 232

232. Verfahren zum Bewerten der Quanteninformation, insbesondere des Spinzustands, des ersten Quantenpunkts (NV1) eines auszulesenden ersten Quantenbits (QUB1) eines Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 120 bis 124 mit den Schritten
- - Bestrahlen des Quantenpunkts (NV1) des auszulesenden Quantenbits (QUB1) des Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) mit grünem Licht, insbesondere mit Licht von 500nm Wellenlänge bis 700nm Wellenlänge, typischerweise mit 532nmWellenlänge;
- - gleichzeitiges Anlegen einer Spannung zwischen mindestens einer ersten elektrischen Absaugleitung, insbesondere einer als ersten elektrischen Absaugleitung verwendeten Abschirmleitung (SH1, SV1), und einer zweiten elektrischen Absaugleitung, insbesondere einer als zweiten elektrischen Absaugleitung verwendeten, zur verwendeten Abschirmleitung (SH1, SV1) benachbarten, weiteren Abschirmleitung (SH2, SV2),
- - wobei sich der auszulesende Quantenpunkt (NV1) des auszulesenden Quantenbits (QUB1) des Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) sich in dem elektrischen Feld zwischen diesen beiden elektrischen Absaugleitungen befindet und
- - wobei sich die nicht auszulesenden Quantenpunkte (NV2) der übrigen Quantenbits (QUB2) des Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) sich nicht in dem elektrischen Feld zwischen diesen beiden elektrischen Absaugleitungen befinden und
- - Selektives Ansteuern des auszulesenden Quantenpunkts (NV1) des auszulesenden Quantenbits (QUB1) des Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG), insbesondere gemäß einem oder mehreren der Merkmale 155 bis 180;
- - Erzeugen von Fotoelektronen mittels eines zwei Photonenprozesses durch den auszulesenden Quantenpunkt (NV1) des auszulesenden Quantenbits (QUB1) des Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) in Abhängigkeit vom Kernspin des Kernquantenpunkts (CI1) des Kernquantenbits (CQUB1), das mit dem auszulesenden Quantenbit (QUB1) ein Kern-Elektron-Quantenregister (CQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 90 bildet;
- - Absaugen der ggf. vorhandenen Elektronen des auszulesenden Quantenpunkts (NV1) des auszulesenden Quantenbits (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) über einen Kontakt (KV11, KH11) zwischen der ersten elektrischen Absaugleitung, insbesondere der Abschirmleitung (SH1, SV1), und dem Substrat (D) bzw. der epitaktischen Schicht (DEPI) als Elektronenstrom;
- - Absaugen der ggf. vorhandenen Löcher des auszulesenden Quantenpunkts (NV1) des auszulesenden Quantenbits (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) über einen Kontakt (KV12, KH22) zwischen der zweiten elektrischen Absaugleitung, insbesondere der weiteren Abschirmleitung (SH2, SV2), und dem Substrat (D) bzw. der epitaktischen Schicht (DEPI) als Löcherstrom;
- - Erzeugung eines Auswertesignals mit einem ersten logischen Wert falls der Gesamtstrom aus Löcherstrom und Elektronenstrom einen Gesamtstrombetrag des Stromwerts unter einem ersten Schwellwert (SW1) aufweist und
- - Erzeugung eines Auswertesignals mit einem zweiten logischen Wert falls der Gesamtstrom aus Löcherstrom und Elektronenstrom einen Gesamtstrombetrag des Stromwerts über dem ersten Schwellwert (SW1) aufweist
- - wobei der zweite logische Wert vom ersten logischen Wert verschieden ist.

QUANTENCOMPUTER-ERGEBNISEXTRAKTION 233

233. Verfahren zum Auslesen des Zustands eines Quantenpunkts (NV) eines Quantenbits (QUB) nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 39 mit den Schritten
- - Bewertung des Ladungszustands des Quantenpunkts (NV);
- - Erzeugung eines Auswertungssignals mit einem ersten logischen Pegel sofern der Quantenpunkt (NV) bei dem Beginn der Bewertung negativ geladen ist;
- - Erzeugung eines Auswertungssignals mit einem zweiten logischen Pegel, der vom ersten logischen Pegel verschieden ist, sofern der Quantenpunkt (NV) bei dem Beginn der Bewertung nicht negativ geladen ist.

ELEKTRON-ELEKTRON-CNOT OPERATION 234- 235

234. Verfahren zum Ausführen einer CNOT-Manipulation für ein Quantenregister (QUREG), im Folgenden ELEKTRON-ELEKTRON-CNOT genannt, nach einem oder mehreren der Merkmale 93 bis 103
- - wobei das Substrat (D) des Quantenregisters (QUREG) dem ersten Quantenbit (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) und dem zweiten Quantenbit (QUB2) des Quantenregisters (QUREG) gemeinsam ist und
- - wobei der Quantenpunkt (NV) des ersten Quantenbits (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) der erste Quantenpunkt (NV1) ist und
- - wobei der Quantenpunkt (NV) des zweiten Quantenbits (QUB2) des Quantenregisters (QUREG) der zweite Quantenpunkt (NV2) ist und
- - wobei die horizontale Leitung (LH) des ersten Quantenbits (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) im Folgenden als erste horizontale Leitung (LH1) bezeichnet wird und
- - wobei die horizontale Leitung (LH) des zweiten Quantenbits (QUB2) des Quantenregisters (QUREG) im Folgenden als zweite horizontale Leitung (LH2) bezeichnet wird und
- - wobei die vertikale Leitung (LV) des ersten Quantenbits (QUB1) des Quantenregisters (QUREG) im Folgenden als erste vertikale Leitung (LV1) bezeichnet wird und
- - wobei die vertikale Leitung (LV) des zweiten Quantenbits (QUB2) des Quantenregisters (QUREG) im Folgenden als zweite vertikale Leitung (LV2) bezeichnet wird und
- - wobei die erste horizontale Leitung (LH1) gleich der zweiten horizontalen Leitung (LH2) sein kann und
- - wobei die erste vertikale Leitung (LV1) gleich der zweiten vertikalen Leitung (LH2) sein kann, wenn die erste horizontale Leitung (LH1) nicht gleich der zweiten horizontalen Leitung (LH2) ist, mit den Schritten
- - Bestromen der ersten horizontalen Leitung (LH1) mit einem ersten horizontalen Stromanteil des ersten horizontalen Stromes (IH1) für eine zeitliche Dauer, die einem ersten Phasenwinkel von φ₁ , insbesondere von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) odereinem ganzzahligen Vielfachen von π/4, der Periodendauer der Rabi-Oszillation des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) entspricht,
- - wobei dabei der erste horizontale Stromanteil mit einer ersten Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW1 ) mit einer ersten horizontalen Modulation moduliert ist;
- - Bestromen der ersten vertikalen Leitung (LV1) mit einem ersten vertikalen Stromanteil des ersten vertikalen Stromes (IV1) für eine zeitliche Dauer, die dem ersten Phasenwinkel von φ₁ , insbesondere von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) odereinem ganzzahligen Vielfachen von π/4, der Periodendauer der Rabi-Oszillation des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) entspricht,
- - wobei der erste vertikale Stromanteil mit einer ersten Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW1 ) mit einer ersten vertikalen Modulation moduliert ist,
- - wobei die Bestromung der ersten horizontalen Leitung (LH1) bis auf besagte Phasenverschiebung zeitlich parallel zur Bestromung der ersten vertikalen Leitung (LV1) erfolgt und
- - Bestromen der ersten horizontalen Leitung (LH1) mit einem ersten horizontalen Gleichstrom (IHG1) mit einem ersten horizontalen Stromwert, wobei der erste horizontale Stromwert einen Betrag von 0A haben kann;
- - Bestromen der ersten vertikalen Leitung (LV1) mit einem ersten vertikalen Gleichstrom (IVG1) mit einem ersten vertikalen Stromwert, wobei der erste vertikale Stromwert einen Betrag von 0A haben kann;
- - Bestromen der zweiten horizontalen Leitung (LH2) mit einem zweien horizontalen Gleichstrom (IHG2) mit dem ersten horizontalen Stromwert, wobei der erste horizontale Stromwert einen Betrag von 0A haben kann;
- - Bestromen der zweiten vertikalen Leitung (LV2) mit einem zweiten vertikalen Gleichstrom (IVG2), dessen zweiter vertikaler Stromwert von dem ersten vertikaler Stromwert abweicht;
- - wobei der zweite vertikale Stromwert und der erste vertikale Stromwert so gewählt sind,
- - dass der Phasenvektor des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) eine Phasendrehung um den ersten Phasenwinkel φ₁ , insbesondere von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) oder einem ganzzahligen Vielfachen von π/4 ausführt, wenn sich der Phasenvektor des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) in einer ersten Position befindet und
- - dass der Phasenvektor des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) keine Phasendrehung um den Phasenwinkel φ₁ , insbesondere von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) oder einem ganzzahligen Vielfachen von π/4, ausführt, wenn sich der Phasenvektor des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) nicht in der ersten Position sondern in einer zweiten Position befindet und
- - dass der Phasenvektor des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) keine oder nur eine unwesentliche Phasendrehung ausführt;
- - anschließendes Bestromen der zweiten horizontalen Leitung (LH2) mit einem zweiten horizontalen Stromanteil (IHM2) für eine zeitliche Dauer, die einem Phasenwinkel von φ₂ , insbesondere von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) odereinem ganzzahligen Vielfachen von π/4, der Rabi-Oszillation des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits entspricht,
- - wobei der zweite horizontale Stromanteil (IHM2) mit einer zweiten Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW2 ) mit einer zweiten horizontalen Modulation moduliert ist;
- - Bestromen der zweiten vertikalen Leitung (LV2) mit einem zweiten vertikalen Stromanteil (IVM2) für eine zeitliche Dauer, die einem Phasenwinkel von φ₂ , insbesondere von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) odereinem ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Periodendauer der Rabi-Oszillation des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits entspricht,
- - wobei der zweite vertikale Stromanteil (IVM2) mit einer zweiten vertikalen Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW2 ) mit einer zweiten vertikalen Modulation moduliert ist,
- - wobei die Bestromung der zweiten horizontalen Leitung (LH2) bis auf die besagte Phasenverschiebung zeitlich parallel zur Bestromung der zweiten vertikalen Leitung (LV2) erfolgt und
- - Bestromen der zweiten horizontalen Leitung (LH2) mit einem zweiten horizontalen Gleichstromanteil (IHG2) mit einem zweiten horizontalen Stromwert, wobei der zweite horizontalen Stromwert von 0A sein kann;
- - Bestromen der zweiten vertikalen Leitung (LV2) mit einem zweiten vertikalen Gleichstromanteil (IVG2) mit einem zweiten vertikalen Stromwert, wobei der zweite vertikale Stromwert von 0A sein kann;
- - Bestromen der ersten horizontalen Leitung (LH1) mit einem ersten horizontalen Gleichstromanteil (IHG1) mit einem ersten horizontalen Stromwert, wobei der erste horizontalen Stromwert von 0A sein kann;
- - Bestromen der ersten vertikalen Leitung (LV1) mit einem ersten vertikalen Gleichstromanteil (IVG1) mit einem ersten vertikalen Stromwert, wobei der erste vertikale Stromwert von dem zweiten vertikalen Stromwert abweicht;
- - wobei der erste vertikale Stromwert und der zweite vertikale Stromwert nun so gewählt sind,
- - dass der Phasenvektor des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) eine Phasendrehung um den Winkel φ₂ , insbesondere von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) oder einem ganzzahligen Vielfachen von π/4, ausführt, wenn sich der Phasenvektor des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) in einer ersten Position befindet und
- - dass der Phasenvektor des zweiten Quantenpunkts (NV2) des zweiten Quantenbits (QUB2) keine Phasendrehung um den Winkel φ₂ , insbesondere von π/4 oder π/2 (Hadamard-Gate) oder 3π/4 oder π (Not-Gate) oder einem ganzzahligen Vielfachen von π/4, ausführt, wenn sich der Phasenvektor des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) nicht in der ersten Position sondern in einer zweiten Position befindet und
- - dass der Phasenvektor des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) dann keine Phasendrehung ausführt.
235. Verfahren nach Merkmal 234
- - wobei die erste horizontale Modulation um +/- π/2 der Periodendauer der ersten Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW1 ) gegenüber der ersten vertikalen Modulation phasenverschoben ist, und/oder
- - wobei die zweite horizontale Modulation um +/- π/2 der Periode der zweiten Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW2 ) gegenüber der zweiten vertikalen Modulation phasenverschoben ist.

QUANTUMCOMPUTING 236-238

236. Verfahren zum Betreiben eines Kern-Elektron- Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) mit den Schritten
- - Zurücksetzen der Quantenpunkte (NV) der Quantenbits (QUB1, QUB2) des Kern-Elektron- Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG);
- - Einmaliges oder mehrfaches Manipulieren der Quantenpunkte (NV) der Quantenbits (QUB1, QUB2) des Kern-Elektron- Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG);
- - Speichern des Manipulationsergebnisses;
- - Zurücksetzen der Quantenpunkte (NV) der Quantenbits (QUB1, QUB2) des Kern-Elektron- Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG);
- - Zurücklesen der gespeicherten Manipulationsergebnisse;
- - Auslesen des Zustands der Quantenpunkte (NV) der Quantenbits (QUB1, QUB2) des Kern-Elektron- Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG).
237. Verfahren zum Betreiben eines Quantenregisters und/oder eines Quantenbits nach Merkmal 236,
- - wobei das Zurücksetzen der Quantenpunkte (NV) der Quantenbits (QUB1, QUB2) des Kern-Elektron- Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) mittels eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Merkmale 140 bis 143 erfolgt und/oder
- - wobei das einmalige oder mehrfache Manipulieren der Quantenzustände der der Quantenpunkte (NV) der Quantenbits (QUB1, QUB2) des Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) mittels eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Merkmale 144 bis 149 und/oder 155 bis 197 erfolgt und/oder
- - wobei das Speichern des Manipulationsergebnisses mittels eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Merkmale 200 bis 221 erfolgt und/oder
- - wobei das zweite Zurücksetzen der Quantenpunkte (NV) der Quantenbits (QUB1, QUB2) des Kern-Elektron- Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) mittels eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Merkmale 140 bis 143 erfolgt und/oder
- wobei das Zurücklesen der gespeicherten Manipulationsergebnisse mittels eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Merkmale 200 bis 221 erfolgt und/oder
- wobei das Auslesen des Zustands der Quantenpunkte (NV) der Quantenbits (QUB1, QUB2) des Quantenregisters (QUREG) und/oder des Quantenpunkts (NV) des Quantenbits (QUB) mittels eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Merkmale 232 bis 233 erfolgt.
238. Verfahren zum Betreiben eines Quantenregisters (QUREG) und/oder eines Quantenbits (QUB) mit den Schritten
- - Zurücksetzen der Quantenpunkte (NV) der Quantenbits (QUB1, QUB2) des Kern-Elektron- Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) mittels eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Merkmale 140 bis 143;
- - Einmaliges oder mehrfaches Manipulieren der Quantenzustände der Quantenpunkte (NV) der Quantenbits (QUB1, QUB2) des Kern-Elektron- Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) mittels eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Merkmale 144 bis 149 und/oder 155 bis 197;
- - Speichern des Manipulationsergebnisses mittels eines Verfahrens einem oder mehreren der Merkmale 200 bis 221;
- - Zurücksetzen der Quantenpunkte (NV) der Quantenbits (QUB1, QUB2) des Kern-Elektron- Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) mittels eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Merkmale 140 bis 143;
- - Zurücklesen der gespeicherten Manipulationsergebnisse mittels eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Merkmale 200 bis 221;
- - Auslesen des Zustands der der Quantenpunkte (NV) der Quantenbits (QUB1, QUB2) des Quantenregisters (QUREG) und/oder des Quantenpunkts (NV) des Quantenbits (QUB) mittels eines Verfahrens ach einem oder mehreren der Merkmale 232 bis 233.

QUANTENHARDWARE 239
QUANTENBUS 239-241

239. Quantenbus (QUBUS) mit n Quantenbits (QUB1 bis QUBn), mit n als ganzer positiver Zahl, mit n≥2, mit einem ersten Kernquantenbit (CQUB1), mit einem n-ten Kernquantenbit (CQUBn), wobei die n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) von 1 bis n durchnummeriert werden können, wobei ein j-tes Quantenbit (QUBj) ein beliebiges dieser n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) mit 1<j<n ist, das nur zu berücksichtigen ist wenn n>2 gilt, und wobei jedes j-te Quantenbit (QUBj) ein Vorgängerquantenbit (QUB(j-1)) besitzt und wobei jedes j-te Quantenbit (QUBj) ein Nachfolgerquantenbit (QUB(j+1)) besitzt und wobei das erste Quantenbit (QUB1) mit dem ersten Kernquantenbit (CQUB1) ein erstes Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG1) nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 90 bildet und wobei das n-te Quantenbit (QUBn) mit dem n-ten Kernquantenbit (CQUBn) ein n-tes Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREGn) nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 90 bildet und wobei das erste Quantenbit (QUB1) mit dem zweiten Quantenbit (QUB2) ein erstes Elektron-Elektron-Quantenregister (QUREG1) bildet und wobei das n-te Quantenbit (QUBn) mit dem (n-1)-ten Quantenbit (QUB(n-1)) ein (n-1)-tes Elektron-Elektron-Quantenregister (QUREG(n-1)) bildet und wobei jedes der anderen n-2 Quantenbits, im Folgenden als j-tes Quantenbit (QUBj) mit 1<j<n bezeichnet, wenn n>2 ist,
- - mit seinem Vorgängerquantenbit (QUB(j-1)) ein (j-1)-tes Quantenregister (QUREG(j-1)) bildet und
- - mit seinem Nachfolgerquantenbit (QUB(j+1)) ein j-tes Quantenregister (QUREGj) bildet
- - sodass sich eine geschlossene Kette mit zwei Kern-Elektron-Quantenregistern (CEQUREG1, CEQUREGn) und n-1 Quantenregistern (QUREG1 bis QUREG(n-1)) zwischen dem ersten Kernquantenbit (CQUB1) und dem n-ten Kernquantenbit (CQUBn) ergibt.
240. Quantenbus (QUBUS) mit n Quantenbits (QUB1 bis QUBn), mit n als ganzer positiver Zahl, mit n≥2, mit einer ersten QuantenALU (QUALU1), mit einen n-ten QuantenALU (QUALUn), wobei die n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) von 1 bis n durchnummeriert werden können, wobei das erste Quantenbit (QUB1) das Quantenbit (QUB1) der ersten QuantenALUs (QUALU1) ist und wobei das n-te Quantenbit (QUBn) das Quantenbit (QUBn) der n-ten QuantenALUs (QUALUn) ist und wobei ein j-tes Quantenbit (QUBj) ein beliebiges dieser n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) mit 1<j<n ist, das nur zu berücksichtigen ist wenn n>2 gilt, und wobei jedes j-te Quantenbit (QUBj) ein Vorgängerquantenbit (QUB(j-1)) besitzt und wobei jedes j-te Quantenbit (QUBj) ein Nachfolgerquantenbit (QUB(j+1)) besitzt und wobei das erste Quantenbit (QUB1) mit dem zweiten Quantenbit (QUB2) ein erstes Elektron-Elektron-Quantenregister (QUREG1) bildet und wobei das n-te Quantenbit (QUBn) mit dem (n-1)-ten Quantenbit (QUB(n-1)) ein (n-1)-tes Elektron-Elektron-Quantenregister (QUREG(n-1)) bildet und wobei jedes der anderen n-2 Quantenbits, im Folgenden als j-tes Quantenbit (QUBj) mit 1<j<n bezeichnet, wenn n>2 ist,
- - mit seinem Vorgängerquantenbit (QUB(j-1)) ein (j-1)-tes Quantenregister (QUREG(j-1)) bildet und
- - mit seinem Nachfolgerquantenbit (QUB(j+1)) ein j-tes Quantenregister (QUREGj) bildet
- - sodass sich eine geschlossene Kette von n-1 Quantenregistern (QUREG1 bis QUREG(n-1)) zwischen dem ersten Kernquantenbit (CQUB1) und dem n-ten Kernquantenbit (CQUBn) ergibt.
241. Quantenbus nach einem oder mehreren der Ansprüche 239 bis 240
- - wobei der Quantenbus lineare Abschnitte (27) und/oder eine Verzweigung (29) und/oder einen Knick (28) oder eine Schleife (30) aufweist.
242. Quantenbus nach einem oder mehreren der Ansprüche 239 bis 241
- - wobei der Quantenbus mit Mitteln (HD1 bis HDn, HS1 bis HSn, and HD1 bis VDn, VS1 bis VSn, CBA, CBB, µC) versehen ist, um den Spin der Elektronenkonfiguration des n-ten Quantenpunkts (NVn) der n-ten QuantenAlu (QUALUn) und/oder den Kernspin eines Kernquantenpunkts (Cln) der n-ten QuantenAlu (QUALUn) in Abhängigkeit von der Elektronenkonfiguration des ersten Quantenpunkts (NV1) der ersten QuantenAlu (QUALU1) und/oder den Kernspin eines Kernquantenpunkts (CI1) der ersten QuantenAlu (QUALUn) mit Hilfe von Quantenbits der n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) zu ändern.

QUANTENBUSBETRIEB

243. Verfahren zum Austausch, insbesondere Spin-Austauch, der Quanteninformation, insbesondere der Spin-Information, des j-ten Quantenpunkts (NVj) eines j-ten Quantenbits (QUBj) mit der Quanteninformation, insbesondere der Spin-Information des (j+1)-ten Quantenpunkt (NV(j+1)) des nachfolgenden (j+1)-ten Quantenbits (QUB(j+1)) eines Quantenbusses (QUBUS) nach einem oder mehreren Merkmalen der Merkmale 239 bis 241 Durchführen einer ELEKTRON-ELEKTRON-CNOT -Operation gemäß Merkmal 234
- - mit dem j-ten Quantenbit (QUBj) als erstes Quantenbit (QUB1) der ELEKTRON-ELEKTRON-CNOT -Operation gemäß Merkmal 234 und
- - mit dem (j+1)-ten Quantenbit (QUB(j+1)) als zweites Quantenbit (QUB2) der ELEKTRON-ELEKTRON-CNOT -Operation gemäß Merkmal 234.
244. Verfahren zum Verschränken des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) mit dem ersten Kernquantenpunkt (CI1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) eines Quantenbusses (QUBUS) nach einem oder mehreren Merkmalen der Merkmale 239 bis 241 Durchführen einer Elektron-Kern-Austausch-Operation, insbesondere gemäß einem oder mehreren der Merkmale 200 bis 216, insbesondere eine Kern-Elektron-ENTENGLEMENT-Operation nach Merkmal 214 und/oder 215;
- - mit dem ersten Quantenbit (QUB1) als Quantenbit (QUB) der besagten Elektron-Kern-Austausch-Operation und
- - mit dem ersten Kernquantenbit (CQUB1) als Kernquantenbit (CQUB) der besagten Elektron-Kern-Austausch-Operation.
245. Verfahren zum Verschränken des n-ten Quantenpunkts (NVn) des n-ten Quantenbits (QUBn) mit dem n-ten Kernquantenpunkt (Cln) des n-ten Kernquantenbits (CQUBn) eines Quantenbusses (QUBUS) nach einem oder mehreren Merkmalen der Merkmale 239 bis 241 Durchführen einer Elektron-Kern-Austausch-Operation, insbesondere gemäß einem oder mehreren der Merkmale 200 bis 216, insbesondere eine Kern-Elektron-ENTENGLEMENT-Operation nach Merkmal 214 und/oder 215;
- - mit dem n-ten Quantenbit (QUBn) als Quantenbit (QUB) der besagten Elektron-Kern-Austausch-Operation und
- - mit dem n-ten Kernquantenbit (CQUBn) als Kernquantenbit (CQUB) der besagten Elektron-Kern-Austausch-Operation.
246. Verfahren zum Verschränken des ersten Kernquantenbits (CQUB1) mit dem n-ten Kernquantenbit (CQUBn) eines Quantenbusses (QUBUS) nach einem oder mehreren Merkmalen der Merkmale 239 bis 241
- - ggf. vorausgehendes Löschen der n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) des Quantenbusses (QUBUS), insbesondere mittels eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Merkmale 140, zur Initialisierung des Quantenbusses (QUBUS);
- - anschließendes Verschränken des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) mit dem ersten Kernquantenpunkt (CI1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) des Quantenbusses (QUBUS), insbesondere durch Anwendung eines Verfahrens nach Merkmal 244.
- - anschließendes wiederholtes Ausführen des folgenden Schrittes bis alle n-1 Quantenpunkte (NV2 bis NVn) mit ihrem Vorgängerquantenpunkt (NV1 bis NV(n-1)) verschränkt sind,
- - wobei der folgende Schritt das Verschränken des j-ten Quantenpunkts (NVj) eines j-ten Quantenbits (QUBj) mit dem (j+1)-ten Quantenpunkt (NV(j+1)) des nachfolgenden (j+1)-ten Quantenbits (QUB(j+1)) des Quantenbusses (QUBUS), insbesondere nach einem Verfahren nach Merkmal 243 ist und wobei bei der ersten Anwendung dieses Schrittes j=1 gewählt ist und wobei bei den folgenden Anwendungen dieses Schrittes bis zum Erreichen der zuvor benannten Schleifenabbruchbedingung von j=n der neue Index j=j+1 gewählt wird;
- - anschließendes Verschränken des n-ten Quantenpunkts (NVn) des n-ten Quantenbits (QUBn) mit dem n-ten Kernquantenpunkt (Cln) des n-ten Kernquantenbits (CQUBn) des Quantenbusses (QUBUS), insbesondere durch Anwendung eines Verfahrens nach Merkmal 245.
247. Verfahren zum Verschränken des ersten Kernquantenbits (CQUB1) mit dem n-ten Kernquantenbit (CQUBn) eines Quantenbusses (QUBUS) nach einem oder mehreren Merkmalen der Merkmale 239 bis 241 und nach Merkmal 246
- - Durchführen eines Verfahrens nach Merkmal 246
- - anschließendes erneutes wiederholtes Ausführen des folgenden Schrittes bis alle n-1 Quantenpunkte (NV2 bis NVn) mit ihrem Vorgängerquantenpunkt (Nv1 bis NV(n-1)) verschränkt sind,
- - wobei der folgende Schritt der Spin-Austausch des j-ten Quantenpunkts (NVj) eines j-ten Quantenbits (QUBj) mit dem (j+1)-ten Quantenpunkt (NV(j+1)) des nachfolgenden (j+1)-ten Quantenbits (QUB(j+1)) des Quantenbusses (QUBUS), insbesondere nach einem Verfahren nach Merkmal 243 ist und wobei bei der ersten Anwendung dieses Schrittes j=n gewählt ist und wobei bei den folgenden Anwendungen dieses Schrittes bis zum Erreichen der zuvor benannten Schleifenabbruchbedingung von j=1 der neue Index j=j-1 gewählt wird;
- - anschließender Spin-Austausch des ersten Quantenpunkts (NV1) des ersten Quantenbits (QUB1) mit dem ersten Kernquantenpunkt (CI1) des ersten Kernquantenbits (CQUB1) des Quantenbusses (QUBUS), insbesondere durch Anwendung eines Verfahrens nach Merkmal 244.
248. Verfahren zum Verschränken des ersten Kernquantenbits (CQUB1) mit dem n-ten Kernquantenbit (CQUBn) eines Quantenbusses (QUBUS) nach einem oder mehreren Merkmalen der Merkmale 239 bis 241 und nach Merkmal 246 und/oder und nach Merkmal 247
- - Durchführen eines Verfahrens nach Merkmal 246
- - ggf. Durchführen eines Verfahrens nach Merkmal 247
- - abschließendes Löschen der n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) des Quantenbusses (QUBUS), insbesondere mittels eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Merkmale 140, zur Neutralisierung des Quantenbusses (QUBUS);
249. Verfahren zum Verschränken des ersten Kernquantenbits (CQUB1) mit dem n-ten Kernquantenbit (CQUBn) eines Quantenbusses (QUBUS) nach einem oder mehreren Merkmalen der Merkmale 239 bis 241
- - ggf. vorausgehendes Löschen der n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) des Quantenbusses (QUBUS), insbesondere mittels eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Merkmale 140, zur Initialisierung des Quantenbusses (QUBUS);
- - ggf. vorausgehendes Löschen des ersten Kernquantenbits (CQUB1), insbesondere mittels eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Merkmale 141 bis 143;
- - ggf. vorausgehendes Löschen des n-ten Kernquantenbits (CQUBn), insbesondere mittels eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Merkmale 141 bis 143;
- - ggf. vorausgehendes nochmaliges Löschen des ersten Quantenbits (QUB1) und des n-ten Quantenbits bis QUBn) des Quantenbusses (QUBUS), insbesondere mittels eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Merkmale 140, zur Initialisierung des Quantenbusses (QUBUS);
- - Durchführen eines Hadamard-Gates, insbesondere gemäß einem oder mehreren der Merkmale 144 bis 149, mit dem ersten Quantenbit (QUB1) als Quantenbit (QUB) des besagten Hadamard-Gates und
- - Durchführen einer ELEKTRON-KERN- CNOT-Operation, insbesondere nach einem oder mehreren der Merkmale 205 bis 209, mit dem mit dem ersten Quantenbit (QUB1) und dem ersten Kernquantenbit (CQUB1) und
- - wiederholtes Ausführen des folgenden Schrittes bis alle n-1 Quantenpunkte (NV2 bis NVn) mit ihrem Vorgängerquantenpunkt (NV1 bis NV(n-1)) verschränkt sind,
- - wobei der folgende Schritt das Verschränken des j-ten Quantenpunkts (NVj) eines j-ten Quantenbits (QUBj) mit dem (j+1)-ten Quantenpunkt (NV(j+1)) des nachfolgenden (j+1)-ten Quantenbits (QUB(j+1)) des Quantenbusses (QUBUS), insbesondere mittels eines ELEKTRON-ELEKTRON-CNOTs nach einem oder mehreren der Merkmale 234 bis 235, ist und wobei insbesondere bei der ersten Anwendung dieses Schrittes j=1 gewählt ist und wobei dann insbesondere bei den folgenden Anwendungen dieses Schrittes bis zum Erreichen der zuvor benannten Schleifenabbruchbedingung von j=n der neue Index j=j+1 gewählt wird;
- - Durchführen einer ELEKTRON-KERN- CNOT-Operation, insbesondere nach einem oder mehreren der Merkmale 205 bis 209, mit dem mit dem n-ten Quantenbit (QUBn) und dem n-ten Kernquantenbit (CQUBn).

QUANTENCOMPUTER 250-270

250. Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
- - dass sie zumindest eine Steuervorrichtung (µC) umfasst und
- - dass sie zumindest eine Lichtquelle (LED) umfasst, die insbesondere eine LED und/oder ein Laser und/oder ein durchstimmbarer Laser sein kann, und
- - dass sie zumindest einen Lichtquellentreiber (LEDDR) umfasst und
- - dass sie zumindest eine der folgenden quantenbasierenden Teilvorrichtungen wie
  - - ein Quantenbit (QUB), insbesondere nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 39, und/oder
  - - ein Quantenregister (QUREG), insbesondere nach einem oder mehreren der Merkmale 93 bis 103, und/oder
  - - ein Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG), insbesondere nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 90, und/oder
  - - ein Kern-Elektron- Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG), insbesondere nach einem oder mehreren der Merkmale 120 bis 124, und/oder
  - - eine Anordnung von Quantenpunkten (NV), insbesondere nach einem der Merkmale 125 bis 128, umfasst und/oder
  - - einen Quantenbus (QUBUS), insbesondere nach einem oder mehreren Merkmale der Merkmale 239 bis 241,
  umfasst und
- - dass die Lichtquelle (LED) von dem Lichtquellentreiber (LEDDR) zeitweise in Abhängigkeit von einem Steuersignal der Steuervorrichtung (µC) mit elektrischer Energie versorgt wird und
- - dass die Lichtquelle (LED) dazu geeignet und bestimmt ist, insbesondere mittels eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Merkmale 140 bis 143, mindestens einen Teil der Quantenpunkte (NV) zurückzusetzen.
251. Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
- - dass sie zumindest einen Schaltkreis und/oder Halbleiterschaltkreis und/oder CMOS-Schaltkreis umfasst und
- - dass sie zumindest eine der folgenden quantenbasierenden Teilvorrichtungen wie
- - ein Quantenbit (QUB), insbesondere nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 39, und/oder
- - ein Quantenregister (QUREG), insbesondere nach einem oder mehreren der Merkmale 93 bis 103, und/oder
- - ein Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG), insbesondere nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 90 und/oder
- - ein Kern-Elektron- Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG), insbesondere nach einem oder mehreren der Merkmale 120 bis 124, und/oder
- - eine Anordnung von Quantenpunkten (NV), insbesondere nach einem der Merkmale 125 bis 128, und/oder
- - einen Quantenbus (QUBUS), insbesondere nach einem oder mehreren Merkmalen der Merkmale 239 bis 241,
umfasst und
- - dass der mindestens eine Schaltkreis und/oder Halbleiterschaltkreis und/oder CMOS-Schaltkreis Mittel aufweist, die einzeln oder zu mehreren in Gemeinschaft dazu eingerichtet und geeignet sind, zumindest eines der Verfahren, insbesondere nach den Merkmalen 135 bis 238, der Verfahrensgruppen
  - - Elektron-Kern-Austausch-Operation,
  - - Quantenbit-Rücksetzverfahren,
  - - Kern-Elektron-Quantenregister-Rücksetzverfahren,-
  - - Quantenbit-Mikrowellenansteuerverfahren,
  - - Kern-Elektron-Quantenregister-Radiowellenansteuerverfahren,
  - - Kernquantenbit-Radiowellenansteuerverfahren,
  - - Kern-Kern-Quantenregister-Radiowellenansteuerverfahren,
  - - selektives Quantenbit-Ansteuerverfahren, selektives Quantenregisteransteuerverfahren,
  - - Quantenbit-Bewertung,
  - - Quantencomputerergebnisextraktion,
  - - Quantumcomputing
und/oder, insbesondere als ein Verfahren nach den Merkmalen 243 bis 246, einen Quantenbusbetrieb auszuführen.
252. Vorrichtung, insbesondere ein Quantencomputer,
- - mit zumindest einer Steuervorrichtung, insbesondere einem Schaltkreis und/oder Halbleiterschaltkreis und/oder CMOS-Schaltkreis, und
- - mit zumindest einer der folgenden quantenbasierenden Teilvorrichtungen wie
  - - einem Quantenbit (QUB), insbesondere nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 39, und/oder
  - - einem Quantenregister (QUREG), insbesondere nach einem oder mehreren der Merkmale 93 bis 103, und/oder
  - - einem Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG), insbesondere nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 90 und/oder
  - - einem Kern-Elektron- Kern-Elektron-Quantenregister (CECEQUREG), insbesondere nach einem oder mehreren der Merkmale 120 bis 124, und/oder
  - - einer Quanten ALU (QUALU) nach einem oder mehreren der Merkmale 91 bis 92 und/oder
  - - einer Anordnung von Quantenpunkten (NV), insbesondere nach einem der Merkmale 125 bis 128, und/oder
  - - einem Quantenbus (QUBUS), insbesondere nach einem oder mehreren Merkmalen der Merkmale 239 bis 241,
umfasst und
- - wobei die Steuervorrichtung Mittel aufweist, die einzeln oder zu mehreren in Gemeinschaft dazu eingerichtet und geeignet sind, zumindest eines der Verfahren, insbesondere nach den Merkmalen 135 bis 238, der Verfahrensgruppen
  - - Elektron-Kern-Austausch-Operation,
  - - Quantenbit-Rücksetzverfahren,
  - - Kern-Elektron-Quantenregister-Rücksetzverfahren,-
  - - Quantenbit-Mikrowellenansteuerverfahren,
  - - Kern-Elektron-Quantenregister-Radiowellenansteuerverfahren,
  - - Kernquantenbit-Radiowellenansteuerverfahren,
  - - Kern-Kern-Quantenregister-Radiowellenansteuerverfahren,
  - - selektives Quantenbit-Ansteuerverfahren, selektives Quantenregisteransteuerverfahren,
  - - Quantenbit-Bewertung,
  - - Quantencomputerergebnisextraktion,
  - - Quantumcomputing
und/oder
- - , insbesondere als ein Verfahren nach den Merkmalen 243 bis 246, einen Quantenbusbetrieb
auszuführen und
- - wobei die Vorrichtung eine Magnetfeldkontrolle (MFC) mit mindestens einem Magnetfeldsensor (MFS) und mindesten einem Stellglied, insbesondere einer Magnetfeldkontrollvorrichtung (MFK), aufweist, um das Magnetfeld im Bereich der Vorrichtung durch aktive Regelung zu stabilisieren und
Wobei insbesondere die Magnetfeldkontrolle (MFC) ein Teil der Steuervorrichtung ist oder von der Steuervorrichtung gesteuert wird.

IC FÜR QUANTENCOMPUTER 253-

253. Schaltkreis und/oder Halbleiterschaltkreis und/oder CMOS-Schaltkreis, insbesondere für eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 250 bis251,
- - dass sie zumindest eine Steuervorrichtung (µC) umfasst und
- - dass sie Mittel, die zur Ansteuerung zumindest einer der folgenden quantenbasierenden Teilvorrichtungen mit einem ersten anzusteuernden Quantenbit (QUB1) geeignet und/oder vorgesehen sind, umfasst, und zwar
  - - ein Quantenbits (QUB) nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 39 und/oder
  - - ein Quantenregisters (QUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 93 bis 103 und/oder
  - - ein Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 79 bis 0 und/oder
  - - ein Kern-Elektron-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) nach einem oder mehreren der Merkmale 120 bis 124 und/oder
  - - eine Quanten ALU nach einem oder mehreren der Merkmale 91 bis 92 und/oder
  - - eine Anordnung von Quantenpunkten (NV) nach einem der Merkmale 125 bis 128 und/oder
  - - einen Quantenbus nach einem oder mehreren Merkmalen der Merkmale 239 bis 241 (QUBUS),
- - wobei sie eine erste horizontale Treiberstufe (HD1) zur Ansteuerung des ersten anzusteuernden Quantenbits (QUB1) umfasst und
- - wobei sie eine erste horizontale Empfängerstufe (HS1), die mit der ersten horizontalen Treiberstufe (HD1) eine Einheit bilden kann, zur Ansteuerung des ersten anzusteuernden Quantenbits (QUB1) umfasst und
- - wobei sie eine erste vertikale Treiberstufe (VD1) zur Ansteuerung des ersten anzusteuernden Quantenbits (QUB1) umfasst und
- - wobei sie eine erste vertikale Empfängerstufe (VS1), die mit der ersten vertikalen Treiberstufe (VD1) eine Einheit bilden kann, zur Ansteuerung des ersten anzusteuernden Quantenbits (QUB1) umfasst.
254. Schaltkreis und/oder Halbleiterschaltkreis und/oder CMOS-Schaltkreis nach Merkmal 253
- - wobei die erste horizontale Treiberstufe (HD1) und die erste horizontale Empfängerstufe (HS1) das erste anzusteuernde Quantenbit (QUB1) über die erste horizontale Leitung (LH1) des ersten Quantenbits (QUB1) ansteuern und
- - wobei die erste vertikale Treiberstufe (VD1) und die erste vertikale Empfängerstufe (VS1) das erste anzusteuernde Quantenbit (QUB1) über die erste vertikale Leitung (LV1) des ersten Quantenbits (QUB1) ansteuern.
255. Schaltkreis und/oder Halbleiterschaltkreis und/oder CMOS-Schaltkreis nach Merkmal 254
- - wobei die erste horizontale Treiberstufe (HD1) den ersten horizontalen Strom (IH1) in die erste horizontale Leitung (LH1) des ersten Quantenbits (QUB1) einspeist und
- - wobei die erste vertikale Treiberstufe (VD1) den ersten vertikalen Strom (IV1) in die erste vertikale Leitung (LV1) des ersten Quantenbits (QUB1) einspeist.
256. Schaltkreis und/oder Halbleiterschaltkreis und/oder CMOS-Schaltkreis nach Merkmal 255
- - wobei der erste horizontale Strom (IH1) eine erste horizontale Stromkomponente mit einer ersten horizontalen Modulation mit einer ersten Frequenz (f) aufweist und
- - wobei der erste vertikale Strom (IV1) eine erste vertikale Stromkomponente mit einer ersten vertikalen Modulation mit der ersten Frequenz (f) aufweist und
- - wobei die erste vertikale Modulation der ersten vertikalen Stromkomponente des ersten vertikalen Stromes (IV1) gegenüber der ersten horizontalen Modulation der ersten horizontalen Stromkomponente des ersten horizontalen Stromes (IH1) um einen ersten zeitlichen Phasenversatz von im Wesentlichen +/π/2 der Frequenz (f) zumindest zeitweise zeitlich phasenverschoben ist.
257. Schaltkreis und/oder Halbleiterschaltkreis und/oder CMOS-Schaltkreis nach Merkmal 256
- - wobei die erste horizontale Stromkomponente des ersten horizontalen Stroms (IH1) mit einem ersten horizontalen Strompuls mit einer ersten Pulsdauer (τ_P1) gepulst ist und
- - wobei die erste vertikale Stromkomponente des ersten vertikalen Stroms (IV1) mit einem ersten vertikalen Strompuls mit der ersten Pulsdauer (τ_P1) gepulst ist.
258. Schaltkreis und/oder Halbleiterschaltkreis und/oder CMOS-Schaltkreis nach Merkmal 257
- - wobei der erste vertikale Strompuls um den zeitlichen ersten Phasenversatz gegenüber dem ersten horizontalen Strompuls zeitlich phasenversetzt ist.
259. Schaltkreis und/oder Halbleiterschaltkreis und/oder CMOS-Schaltkreis nach Merkmal 258
- - wobei der erste vertikale Strompuls um den zeitlichen ersten Phasenversatz von +/- π/2 der Frequenz (f) gegenüber dem ersten horizontalen Strompuls zeitlich phasenversetzt ist.
260. Schaltkreis und/oder Halbleiterschaltkreis und/oder CMOS-Schaltkreis nach einem oder mehreren der Merkmale 256 bis 259
- - wobei die erste Frequenz (f) wirkungsgleich zu einer der folgenden Frequenzen ist:
  - - einer Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE ) oder
  - - einer Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_RWEC) oder
  - - einer Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW ) oder
  - - einer Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWEE ) oder
  - - einer Kern-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_RWCC ).
261. Schaltkreis und/oder Halbleiterschaltkreis und/oder CMOS-Schaltkreis nach einem oder mehreren der Merkmale 257 bis 260
- - wobei die erste Pulsdauer τ_P zumindest zeitweise einem ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Periodendauer τ_RCE der Rabi-Oszillation der Kern-Elektron Rabi-Oszillation entspricht, wenn die erste Frequenz (f) wirkungsgleich zu einer Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE ) ist und/oder
- - wobei die erste Pulsdauer τ_P zumindest zeitweise einem ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Periodendauer τ_REC der Rabi-Oszillation der Elektron-Kern-Rabi-Oszillation entspricht, wenn die erste Frequenz (f) wirkungsgleich zu einer Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_RWEC) ist und/oder
- - wobei die erste Pulsdauer τ_P zumindest zeitweise einem ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Periodendauer τ_R der Rabi-Oszillation der Elektron1-Elektron1-Rabi-Oszillation entspricht, wenn die erste Frequenz (f) wirkungsgleich zu einer Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW ) ist und/oder
- - wobei die erste Pulsdauer τ_P zumindest zeitweise einem ganzzahligen Vielfachen der von π/4 der Periodendauer τ_REE der Rabi-Oszillation der Elektron1-Elektron2-Rabi-Oszillation entspricht, wenn die erste Frequenz (f) wirkungsgleich zu einer Elektron1-Elektron2-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWEE ) ist und/oder
- - wobei die erste Pulsdauer τ_P zumindest zeitweise einem ganzzahligen Vielfachen von π/4 der Periodendauer τ_RCC der Rabi-Oszillation der Kern-Kern-Rabi-Oszillation entspricht, wenn die erste Frequenz (f) wirkungsgleich zu einer Kern-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_RWCC ) ist.
262. Schaltkreis und/oder Halbleiterschaltkreis und/oder CMOS-Schaltkreis nach einem oder mehreren der Merkmale 253 bis 261, insbesondere für eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 250 bis251,
- - wobei sie eine zweite horizontale Treiberstufe (HD2) zur Ansteuerung eines zweien anzusteuernden Quantenbits (QUB2) umfasst und
- - wobei sie eine zweite horizontale Empfängerstufe (HS2), die mit der zweiten horizontalen Treiberstufe (HD2) eine Einheit bilden kann, zur Ansteuerung des zweiten anzusteuernden Quantenbits (QUB2) umfasst.
263. Schaltkreis und/oder Halbleiterschaltkreis und/oder CMOS-Schaltkreis nach einem oder mehreren der Merkmale 253 bis 262, insbesondere für eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 250 bis251,
- - wobei sie eine zweite vertikale Treiberstufe (VD2) zur Ansteuerung eines zweien anzusteuernden Quantenbits (QUB2) umfasst und
- - wobei sie eine zweite vertikale Empfängerstufe (VS2), die mit der zweiten vertikalen Treiberstufe (VD2) eine Einheit bilden kann, zur Ansteuerung des zweiten anzusteuernden Quantenbits (QUB2) umfasst.
264. Schaltkreis und/oder Halbleiterschaltkreis und/oder CMOS-Schaltkreis nach Merkmal 262, insbesondere für eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 250 bis251,
- - wobei die erste vertikale Treiberstufe (VD1) zur Ansteuerung des zweiten anzusteuernden Quantenbits (QUB2) verwendet wird und
- - wobei die erste vertikale Empfängerstufe (VS1) zur Ansteuerung des zweiten anzusteuernden Quantenbits (QUB2) verwendet wird.
265. Schaltkreis und/oder Halbleiterschaltkreis und/oder CMOS-Schaltkreis nach Merkmal 263, insbesondere für eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 250 bis251,
- - wobei die erste horizontale Treiberstufe (HD1) zur Ansteuerung des zweiten anzusteuernden Quantenbits (QUB2) verwendet wird und
- - wobei die erste horizontale Empfängerstufe (HS1) zur Ansteuerung des zweiten anzusteuernden Quantenbits (QUB2) verwendet wird.
266. Schaltkreis und/oder Halbleiterschaltkreis und/oder CMOS-Schaltkreis nach einem oder mehreren der Merkmale 253 bis 265, insbesondere für eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 250 bis251,
- - wobei die erste horizontale Treiberstufe (HD1) einen ersten horizontalen Gleichstromanteil als weiteren horizontalen Stromanteil in die erste horizontale Leitung (LH1) einspeist und/oder
- - wobei der Betrag des ersten horizontalen Gleichstromanteils 0A sein kann und
- - wobei die zweite horizontale Treiberstufe (HD2) einen zweiten horizontalen Gleichstromanteil als weiteren horizontalen Stromanteil in die zweite horizontale Leitung (LH2) einspeist und/oder
- - wobei der Betrag des zweiten horizontalen Gleichstromanteils 0A sein kann und
- - wobei die erste vertikale Treiberstufe (VD1) einen ersten vertikalen Gleichstromanteil als weiteren vertikalen Stromanteil in die erste vertikale Leitung (LV1) einspeist und/oder
- - wobei der Betrag des ersten vertikalen Gleichstromanteils 0A sein kann und
- - wobei die zweite vertikale Treiberstufe (HD2) einen zweiten vertikalen Gleichstromanteil als weiteren vertikalen Stromanteil in die zweite vertikale Leitung (LV2) einspeist,
- - wobei der Betrag des zweiten vertikalen Gleichstromanteils 0A sein kann.
267. Schaltkreis und/oder Halbleiterschaltkreis und/oder CMOS-Schaltkreis nach Merkmal 266
- - wobei der erste horizontalen Gleichstromanteil und/oder der zweite horizontalen Gleichstromanteil und/oder der erste vertikale Gleichstromanteil und/oder der zweite vertikale Gleichstromanteil so eingestellt werden können,
- - dass die erste Kern-Elektron- Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE1 ) eines ersten Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG1) eines Kern-Elektro-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) von der zweiten Kern-Elektron-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MWCE2 ) eines zweiten Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG2) des Kern-Elektro-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) abweicht oder
- - dass die erste Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_RWEC1 ) eines ersten Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG1) eines Kern-Elektro-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) von der zweiten Elektron-Kern-Radiowellenresonanzfrequenz (f_RWEC2 ) eines zweiten Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG2) des Kern-Elektro-Kern-Elektron-Quantenregisters (CECEQUREG) abweicht oder
- - dass die erste Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW1 ) eines ersten Quantenbits (QUB1) eines Quantenregisters (QUREG) von der zweiten Elektron1-Elektron1-Mikrowellenresonanzfrequenz (f_MW2 ) eines zweiten Quantenbits (QUB2) des Quantenregisters (QUREG) abweicht.

HERSTELLUNGSVERFAHREN 268-270

268. Verfahren zum Herstellen eines Quantenregisters (QUREG) und/oder eines Quantenbits (QUB) und/oder einer Anordnung von Quantenpunkten und/oder einer Anordnung von Quantenbits mit den Schritten
- - Bereitstellen eines Substrats (D), insbesondere eines Diamanten;
- - ggf. Aufbringen einer epitaktischen Schicht (DEPI), ggf. bereits mit Schwefeldotierung und/oder n-Dotierung;
- - sofern das Substrat (D) bzw. die epitaktische Schicht (DEPI) nicht n- oder Schwefel-dotiert sind, Schwefelimplantation und/oder n-Dotierung zumindest von Teilen des Substrats (D) bzw. zumindest von Teilen der epitaktischen Schicht (DEPI) und Reinigung und Ausheilen der Strahlenschäden;
- - Deterministische Einzelionenimplantation, insbesondere von Stickstoff in Diamant, zur Herstellung von paramagnetischen Zentren als Quantenpunkte (NV) in vorbestimmten Bereichen des Substrats (D) bzw. der epitaktischen Schicht (DEPI), insbesondere zur Herstellung von NV-Zentren als Quantenpunkte (NV) in vorbestimmten Bereichen eines als Substrats (D) dienenden Diamanten;
- - Reinigung und Temperaturbehandlung;
- - Vermessung der Funktion, Position und der T2-Zeiten der implantierten Einzelatome und ggf. Wiederholung der beiden vorausgehenden Schritte;
- - Herstellen von ohmschen Kontakten zum Substrat (D) bzw. zur epitaktischen Schicht (DEPI);
- - Herstellen der horizontalen Leitungen (LH1, LH2, LH3) und ggf. der horizontalen Abschirmleitungen (SH1, SH2, SH3, SH4);
- - Abscheiden einer Isolation (IS) und Öffnen der Durchkontaktierungen;
- - Herstellen der vertikalen Leitungen (LV1, LV2, LV3) und ggf. der vertikalen Abschirmleitungen (SV1, SV2, SV3, SV4);
269. Verfahren zum Herstellen eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) und/oder eines Quantenbits (QUB) zusammen mit einem Kernquantenbit (CQUB) und/oder einer Anordnung von Quantenpunkten (NV) zusammen mit einer Anordnung von Kernquantenpunkten (CI) und/oder einer Anordnung von Quantenbits (QUB) zusammen mit einer Anordnung von Kernquantenbits (CQUB) mit den Schritten
- - Bereitstellen eines Substrats (D), insbesondere eines Diamanten;
- - ggf. Aufbringen einer epitaktischen Schicht (DEPI), ggf. bereits mit Schwefeldotierung und/oder n-Dotierung;
- - sofern das Substrat (D) bzw. die epitaktische Schicht (DEPI) nicht n- oder Schwefel-dotiert sind, Schwefelimplantation und/oder n-Dotierung zumindest von Teilen des Substrats (D) bzw. zumindest von Teilen der epitaktischen Schicht (DEPI) und Reinigung und Ausheilen der Strahlenschäden;
- - Deterministische Einzelionenimplantation vorbestimmter Isotope, insbesondere von ¹⁵N-Stickstoff in Diamant, zur Herstellung von paramagnetischen Zentren als Quantenpunkte (NV) und zur gleichzeitigen Herstellung von Kern-Quantenpunkten (Cl) in vorbestimmten Bereichen des Substrats (D) bzw. der epitaktischen Schicht (DEPI), insbesondere zur Herstellung von NV-Zentren als Quantenpunkte (NV) mit Stickstoffatomen als Kernquantenpunkte (CQUB) in vorbestimmten Bereichen eines als Substrats (D) dienenden Diamanten;
- - Reinigung und Temperaturbehandlung;
- - ggf. Vermessung der Funktion, Position und der T2-Zeiten der implantierten Einzelatome und ggf. Wiederholung der beiden vorausgehenden Schritte;
- - Herstellen von ohmschen Kontakten zum Substrat (D) bzw. zur epitaktischen Schicht (DEPI);
- - Herstellen der horizontalen Leitungen (LH1, LH2, LH3) und ggf. der horizontalen Abschirmleitungen (SH1, SH2, SH3, SH4);
- - Abscheiden mindestens einer Isolation (IS) und Öffnen der Durchkontaktierungen;
- - Herstellen der vertikalen Leitungen (LV1, LV2, LV3) und ggf. der vertikalen Abschirmleitungen (SV1, SV2, SV3, SV4);
270. Verfahren zum Herstellen eines Kern-Elektron-Quantenregisters (CEQUREG) und/oder eines Quantenbits (QUB) zusammen mit einem Kernquantenbit (CQB) und/oder einer Anordnung von Quantenpunkten (NV) zusammen mit einer Anordnung von Kernquantenpunkten (CI) und/oder einer Anordnung von Quantenbits (QUB) zusammen mit einer Anordnung von Kernquantenbits (CQUB) mit den Schritten
- - Bereitstellen eines Substrats (D), insbesondere eines Diamanten;
- - ggf. Aufbringen einer epitaktischen Schicht (DEPI), ggf. bereits mit Schwefeldotierung und/oder n-Dotierung;
- - sofern das Substrat (D) bzw. die epitaktische Schicht (DEPI) nicht n- oder Schwefel-dotiert sind, Schwefelimplantation und/oder n-Dotierung zumindest von Teilen des Substrats (D) bzw. zumindest von Teilen der epitaktischen Schicht (DEPI) und Reinigung und Ausheilen der Strahlenschäden;
- - Deterministische Einzelionenimplantation vorbestimmter Isotope, insbesondere von ¹⁴N-Stickstoff und/oder ¹⁵N-Stickstoff in Diamant, zur Herstellung von paramagnetischen Zentren als Quantenpunkte (NV) in vorbestimmten Bereichen des Substrats (D) bzw. der epitaktischen Schicht (DEPI), insbesondere zur Herstellung von NV-Zentren als Quantenpunkte (NV) in vorbestimmten Bereichen eines als Substrats (D) dienenden Diamanten;
- - Deterministische Einzelionenimplantation vorbestimmter Isotope mit magnetischen Moment des Atomkerns, insbesondere von ¹³C-Kohlenstoff in Diamant, zur Herstellung von Kern-Quantenpunkten (Cl) in den vorbestimmten Bereichen des Substrats (D) bzw. der epitaktischen Schicht (DEPI), insbesondere zur Herstellung von Kernquantenpunkten (CQUB) in den vorbestimmten Bereichen eines als Substrats (D) dienenden Diamanten;
- - Reinigung und Temperaturbehandlung;
- - ggf. Vermessung der Funktion, Position und der T2-Zeiten der implantierten Einzelatome und ggf. Wiederholung der drei vorausgehenden Schritte;
- - Herstellen von ohmschen Kontakten zum Substrat (D) bzw. zur epitaktischen Schicht (DEPI);
- - Herstellen der horizontalen Leitungen (LH1, LH2, LH3) und ggf. der horizontalen Abschirmleitungen (SH1, SH2, SH3, SH4);
- - Abscheiden einer Isolation (IS) und Öffnen der Durchkontaktierungen;
- - Herstellen der vertikalen Leitungen (LV1, LV2, LV3) und ggf. der vertikalen Abschirmleitungen (SV1, SV2, SV3, SV4);

Claims

-Vorrichtung umfassend, - zumindest eine Steuervorrichtung (µC); - zumindest einen Quantenbus (QUBUS); wobei der Quantenbus (QUBUS) umfasst: n Quantenbits (QUB1 bis QUBn), mit n als ganzer positiver Zahl, mit n>=2, einen ersten Kernquantenbit (CQUB1), und einen n-ten Kernquantenbit (CQUBn), wobei die n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) von 1 bis n durchnummeriert werden können, wobei ein j-tes Quantenbit (QUBj) ein beliebiges dieser n Quantenbits (QUB1 bis QUBn) mit 1<j<n ist, das nur zu berücksichtigen ist wenn n>2 gilt, und wobei jedes j-te Quantenbit (QUBj) ein Vorgängerquantenbit (QUB(j-1)) besitzt und wobei jedes j-te Quantenbit (QUBj) ein Nachfolgerquantenbit (QUB(j+1)) besitzt und wobei das erste Quantenbit (QUB1) mit dem ersten Kernquantenbit (CQUB1) ein erstes Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREG1) bildet und wobei das n-te Quantenbit (QUBn) mit dem n-ten Kernquantenbit (CQUBn) ein n-tes Kern-Elektron-Quantenregister (CEQUREGn) bildet und wobei das erste Quantenbit (QUB1) mit dem zweiten Quantenbit (QUB2) ein erstes Elektron-Elektron-Quantenregister (QUREG1) bildet und wobei das n-te Quantenbit (QUBn) mit dem (n-1)-ten Quantenbit (QUB(n-1)) ein (n-1)-tes Elektron-Elektron-Quantenregister (QUREG(n-1)) bildet und wobei jedes der anderen n-2 Quantenbits, im Folgenden als j-tes Quantenbit (QUBj) mit 1<j<n bezeichnet, wenn n>2 ist, - mit seinem Vorgängerquantenbit (QUB(j-1)) ein (j-1)-tes Quantenregister (QUREG(j-1)) bildet und - mit seinem Nachfolgerquantenbit (QUB(j+1)) ein j-tes Quantenregister (QUREGj) bildet - sodass sich eine geschlossene Kette mit zwei Kern-Elektron-Quantenregistern (CEQUREG1, CEQUREGn) und n-1 Quantenregistern (QUREG1 bis QUREG(n-1)) zwischen dem ersten Kernquantenbit (CQUB1) und dem n-ten Kernquantenbit (CQUBn) ergibt, wobei sich der Quantenbus (QBUS) in einem Substrat (D) befindet, gekennzeichnet dadurch, dass die Quantenbits (QUB1 bis QUBn) jeweils einen Quantenpunkt (NV) und eine Teil-Vorrichtung zur Ansteuerung des Quantenpunkts (NV) umfassen, die zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wellenfeldes am Ort des Quantenpunkts (NV) geeignet sind; dass die Teil-Vorrichtungen zur Ansteuerung des Quantenpunkts (NV) jeweils in Form einer horizontalen Leitung (LH) und einer vertikalen Leitung (LV) auf der Oberfläche des Substrats (D) und/oder einer ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) realisiert sind und dass diese horizontale Leitung (LH) und die vertikale Leitung (LV) sich in der Nähe eines Lot-Punktes (LOTP) oder an einem Lot-Punkt kreuzen; wobei der Lot-Punkt (LOTP) dadurch definiert ist, dass ein Lot längs einer Lot-Linie (LOT) vom Ort des Quantenpunkts (NV) zur Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) gefällt werden kann und wobei die Lot-Linie (LOT) die Oberfläche (OF) des Substrats (D) und/oder der ggf. vorhandenen epitaktischen Schicht (DEPI) an dem Lot-Punkt (LOTP) durchstößt; wobei die Steuervorrichtung (µC) dazu eingerichtet ist, eine zeitlich korrekte Abfolge von Steuersignalen für die horizontalen und vertikalen Leitungen (LH, LV) der Quantenbits (QUB) zu erzeugen; wobei in einem Speicher der Steuervorrichtung (µC) oder einem Speicher, auf den die Steuervorrichtung (µC) Zugriff hat, Resonanzfrequenzen abgelegt sind, wobei sich in den Resonanzfrequenzen die Kopplungsstärken innerhalb der Register ausdrücken.