Quantencomputer arbeiten mit einzelnen Photonen, also Lichtteilchen, und sollen eines Tages viel schneller rechnen können als alle bisherigen Computer. Einzelne Photonen spielen auch in neuartigen Systemen zur abhörsicheren Übertragung von Nachrichten eine Rolle. Diese als Quantenkryptographie bezeichnete Verschlüsselung nutzt die Tatsache, dass Photonen den Gesetzen der Quantenphysik unterliegen und daher jede Messung, also auch das Abhören, Spuren hinterlässt. Quantencomputer und Quantenverschlüsselungssysteme basieren auf photonischen Chips, in deren Schaltkreisen anstelle von Elektronen einzelne Photonen fließen. Als Einzelphotonenquellen verwendet man häufig wenige Nanometer große Diamanten, in deren Gitter ein Platz für ein Kohlenstoffatom unbesetzt bleibt und ein benachbarter Platz durch ein Stickstoffatom besetzt ist.

Bisher wird zur Herstellung von Photonikchips im ersten Schritt ein Laser eingesetzt, um die auf einer Trägerplatte ausgesäten Einzelphotonenquellen zu finden und zu untersuchen. Im zweiten Schritt werden auf dieser Trägerplatte mithilfe der Elektronenstrahllithographie zweidimensionale Bauteile hergestellt. Durch den Transfer der Trägerplatte zwischen der ersten Maschine zur Vorcharakterisierung und der zweiten zur Strukturierung entsteht eine Ungenauigkeit, so dass die Chips nur mit einer Präzision von etwa 100 Nanometern gefertigt werden können.

KIT-Wissenschaftler des Instituts für Nanotechnologie (INT) haben das Verfahren vereinfacht, indem sie zur Vorcharakterisierung und für die Herstellung der Bauteile mithilfe von Laserlithographie ein und dieselbe Maschine verwenden. Zudem ist die Produktion von dreidimensionalen Bauteilen möglich, indem der Laserfokus, der den Photolack belichtet, horizontal und vertikal verschoben wird. Die nichtbelichteten Teile des Lacks werden anschließend auf chemischem Weg herausgelöst. Die so entstandenen Photonikchips haben eine Genauigkeit von bis zu zehn Nanometern und können neben den Nanodiamanten auch andere Einzelphotonenquellen, wie beispielsweise die aus Halbleitermaterialien bestehenden Quantenpunkte oder organische Moleküle, enthalten.

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