Твердотельные чипы могут служить источниками высококачественных фотонов, пригодных для квантовой коммуникации.
Фотоны-близнецы: На шаг ближе к квантовому интернету

Предсказание Гордона Мура, сделанное почти полвека назад, продолжает сбываться: количество транзисторов в микропроцессорных устройствах удваивается каждые 24 месяца. Если так пойдет и дальше, разработка квантовомеханических чипов — дело ближайшего десятилетия. Разработка распределенных квантовых сетей — одно из перспективных направлений, в котором работают современные исследователи.

В качестве кандидатов на роль носителей квантовой информации (кубитов) рассматриваются разнообразные твердотельные системы, предлагаются различные протоколы для квантовых вычислений, и идет непрерывная гонка в попытках определить их оптимальную комбинацию. Одним из вариантов носителей кубитов являются квантовые точки из полупроводниковых нанокристаллов. Управлять такой квантовой точкой можно с помощью электронно-оптических сигналов.

Естественным выбором для передачи информации на расстояние в квантовых сетях являются фотоны. Более того, если эти фотоны будут идентичны друг другу, они смогут принимать участие в квантовых логических операциях. Но к сожалению, фотоны, испускаемые твердотельными квантовыми точками, могут значительно отличаться друг от друга из-за декогеренции. Исследователям из Кембриджского университета удалось преодолеть эту проблему и создать твердотельный источник фотонов, по качеству близких к лазерным.

Квантовые точки в устройстве работают как диоды Шоттки, использующие переход металл-полупроводник вместо обычного p-n перехода. Изменение состояния квантовой точки ведет к излучению одиночного фотона за счет резонансной флуоресценции — эта техника была ранее продемонстрирована той же группой ученых.

При слабом возбуждении (в так называемом режиме Гайтлера) генерация фотонов происходит в основном через упругое рассеяние, что позволяет избежать декогеренции. Количественная оценка параметров фотонов подтвердила: по когерентности они близки к лазерным. При этом, в отличие от лазеров, твердотельные источники позволяют программировать необходимую форму фотонов.

По пресс-релизу University of Cambridge