Dass Quantencomputer eine überwältigende Rechenleistung mit sich bringen, versteht sich von selbst. Allerdings brauchen sie dafür auch einen überwältigenden Speicherplatz. Die richtigen Materialien zu finden, die eben diesen gewährleisten können, galt lange Zeit als eine der größten Herausforderungen.

Das japanische Unternehmen Adamant Namiki Precision Jewel Company – spezialisiert auf die Herstellung von Präzisions-Industriewerkzeugen auf Juwelenbasis – hat sich mit der Saga University zusammengetan, um für dieses Problem eine Lösung zu finden. Und die Kooperation war äußerst erfolgreich: Zusammen konnten sie deutlich größere Kristalle wachsen lassen als es bislang möglich war. Dies soll im industriellen Maßstab funktionieren.

Damit Diamanten in Quantencomputeranwendungen verwendet werden können, müssen sie unglaublich rein sein und eine Stickstoffkonzentration von maximal drei ppb (parts per billion, Anzahl der Stickstoffatome pro einer Milliarde Kohlenstoffatome) aufweisen. Bislang sind Diamant-Wafer mit diesem Reinheitsgrad auf eine Größe von vier Millimeter begrenzt – für die praktische Anwendung also zu klein.

Der Adamant Namiki Precision Jewellery Company ist es in Zusammenarbeit mit den Forscher:innen der Saga University gelungen, ein neues Herstellungsverfahren zu entwickeln, mit dem Diamant-Wafer mit einer Größe von zwei Zoll (5,08 Zentimeter) und einer Stickstoffreinheit von weniger als drei ppb produziert werden konnten.

Der Trick bestand darin, ein Saphirsubstrat – das Oberflächenmaterial, auf dem Diamant-Wafer gezüchtet werden – mit einer abgestuften Struktur zu schaffen, die so geneigt war, dass sich die Diamantkristalle beim Wachsen seitlich ausbreiteten. Dies reduziert Spannungen und Risse, die die Qualität beeinträchtigen können. Stickstoffgas wird verwendet, um die Wachstumsrate des Kristalls zu beschleunigen. In dem neuen Verfahren wird die benötigte Stickstoffmenge jedoch minimiert, was die Reinheit des Wafers verbessert.

Die Entwickler des 2-Zoll-Wafers schätzen, dass der Diamant über eine ausreichende Datendichte verfügt, um das Äquivalent von Daten aus einer Milliarde Blu-Ray-Discs oder etwa 25 Exabyte zu speichern. Die Adamant Namiki Precision Jewellery Company plant, die neue Fertigungstechnik bereits 2023 zu kommerzialisieren.