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    Festkörper-Spin-Quantencomputing nach dem S-Bus-Konzept in CaF 2 :Ce
    (2005) Mende, Jens; Mehring, Michael (Prof. Dr.)
    Die Arbeit beschreibt grundlegende Schritte zur Implementierung eines Spin-Quantencomputers in Festkörpern mit Methoden der Magnetischen Doppelresonanz (ENDOR) nach dem S-Bus-Konzept. Die Zielrichtung bestand nach der Findung geeigneter Spin-Systeme in der gezielten Präparation von Quantenzuständen, wie pseudoreiner sowie verschränkter Quantenzustände und der Implementierung eines Quantenalgorithmus. Die S-Bus-Topologie besteht aus einem Zentralspin S als Wechselwirkungsbus, an den die Qubit-Spins I gekoppelt sind. Es lassen sich hiermit gezielt Quantenzustände in Form von Multi-Quantenkorrelationen generieren. Die Zustandsdetektion erfolgt mittels der MQE-Dichtematrixtomographie. Das Kopplungsnetzwerk der Qubits dient zur Umsetzung von Quantengattern sowie zur Verschränkung. Bei der experimentellen Umsetzung erwies sich das tetragonale Zentrum in CaF2:Ce als das geeignetste System. Es weist neun selektiv adressierbare Qubits auf - das sogenannte Qubyte+1. Ein solcher Quantenzustand ist daher einem 9-Bit-Register der Informationsverarbeitung vergleichbar. Die Erzeugung pseudoreiner Zustände wurde experimentell mit zwei und drei Qubits umgesetzt. Hierzu wurden die entsprechenden, auch auf N Qubits skalierbaren Pulssequenzen entwickelt und angewandt. Die Implementierung des Deutsch-Algorithmus nach Collins als universeller Baustein der Quanteninformationsverarbeitung wurde mittels Pulssequenzen anhand der Signaturen der jeweiligen MQE-Spektren demonstriert, die eine konstante oder ausgeglichene binäre Funktionen repräsentieren. Die Realisierung des CNOT-Gatters erfolgte unter Ausnutzung der Qubit-Qubit-Wechselwirkungen. Es konnte weiterhin die typische Signatur des EPR-Zustandes in der Dichtematrixtomographie nachgewiesen werden. Das S-Bus-Konzept bietet weitreichende Vorteile auch bezüglich der Übertragbarkeit als universelles und skalierbares Konzept auf andere Realisierungsmöglichkeiten von Quantencomputern. Die beim S-Bus gemachten Erfahrungen könnten in modifizierter Form verwendet werden.