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Hardware für Quantencomputer

Warum wird für Silizium-Spin-Qubits Silizium verwendet, das mit dem Isotop ²⁸Si angereichert ist (isotopenreines Silizium)?

  1. A²⁸Si hat eine größere Bandlücke als natürliches Silizium, daher fließt weniger Leckstrom
  2. B²⁹Si, etwa 4,7 % des natürlichen Siliziums, hat einen Kernspin, und Schwankungen seines Magnetfelds stören die Phase des Elektronenspins
  3. C²⁸Si ist leichter als ²⁹Si, daher wird die Elektronenbeweglichkeit 10-mal so hoch oder mehr
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Antwort: B. ²⁹Si, etwa 4,7 % des natürlichen Siliziums, hat einen Kernspin, und Schwankungen seines Magnetfelds stören die Phase des Elektronenspins

Natürliches Silizium besteht zu etwa 92 % aus ²⁸Si, zu etwa 4,7 % aus ²⁹Si und zu etwa 3,1 % aus ³⁰Si, und nur ²⁹Si hat einen Kernspin. Kernspins wirken wie winzige Magnete; ändern sich ihre Ausrichtungen zufällig, schwankt das Magnetfeld, das der Elektronenspin spürt, was seine Phase stört und T2 verkürzt. Isotopenreines Silizium, in dem ²⁹Si auf etwa 0,1 % oder weniger reduziert ist, verlängert die Kohärenzzeit erheblich.

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