В России создали новый способ получения подложек для квантовых компьютеров

Ученые Передовой инженерной школы ЮФУ и НИУ ВШЭ – Санкт-Петербург нашли новый способ получения подложек для роста низкоплотных квантовых точек, сообщила пресс-служба ЮФУ на сайте вуза.

Такие источники квантового света используются в системах квантовых коммуникаций (вычислений и связи), которые обеспечивают 100% защиту передаваемой информации.

«Первые эксперименты показали, что мы можем получать точки, испускающие свет на длине волны до 1080 нм при температуре жидкого гелия, в то время как альтернативные методики обеспечивают длину волны на уровне 950 нм. Мы считаем, что оптимизация предложенного подхода, а также использование имеющихся в эпитаксиальной технологии инструментов, позволят в дальнейшем сдвинуть диапазон излучения таких квантовых точек, как минимум, в О-диапазон», — сказал ведущий научный сотрудник дивизиона «Электроника» Передовой инженерной школы ЮФУ, руководитель молодежной лаборатории Максим Солодовник.

Работа исследователей ведется в молодежной лаборатории, созданной в рамках национального проекта «Наука и университеты» и поддержанной федеральным проектом «Передовые инженерные школы».

Источники одиночных и запутанных фотонов являются ключевым элементом систем квантовых коммуникаций и квантовых вычислений с использованием фотонов.

Существующими методами довольно сложно, по словам ученых, сделать так, чтобы источник мог излучать свет по одному фотону или по паре фотонов — обычно их в 100 — тысячу раз больше. Для этого нужно, чтобы в его активной области была только одна квантовая точка. Но еще сложнее получить такую точку, которая излучала бы в телекоммуникационных диапазонах О (~1,3 мкм) и С (~1,5 мкм), совместимых с современной оптоволоконной технологией и фотонными интегральными схемами на основе кремния.

Одним из перспективных способов получения таких структур является предварительное структурирование эпитаксиальной поверхности путем создания на ней углублений, в которых происходит зарождение и рост квантовых точек. Российские ученые предложили более простой подход к решению задачи.

«Нашим исследовательским коллективом предложен новый и относительно простой метод получения таких структурированных подложек. В основу работы легла идея о том, что если удаление оксидной пленки на поверхности GaAs определяется взаимодействием ее компонентов с атомами галлия, высвобождающимся в ходе термического разложения (фактически – травления) материала подложки (GaAs), то, модулируя интенсивность этих процессов, можно управлять параметрами результирующей морфологии, в том числе образующихся углублений», — рассказал Солодовник.

Изменяя температуру подложки, давление паров мышьяка, а также толщину оксидной пленки, можно регулировать размер и форму создаваемых углублений, а также шероховатость поверхности, говорится в описании технологии. Такая структурированная поверхность позволяет получать квантовые точки в режимах, при которых на «обычной» поверхности они не образуются.

А поскольку материал стремится заполнить сформированные ямки, то и размер таких точек, с которым связана длина волны излучаемого света, может быть больше, чем в альтернативных методиках.

Алгоритм для квантовых компьютеров разработал в 1994 г. американский математик и профессор Массачусетского технологического института Питер Шор (Peter Shore).

Квантовые компьютеры смогут выполнять множество вычислений, которые невозможны с помощью обычного компьютера. До сих пор неясно, какая физическая система будет составлять квантовые биты в квантовом компьютере. Одни ученые испытывают фотоны, другие — атомы или ионы, третьи — электроны в сверхпроводящем материале. Исследования и разработки ведутся на всех этих платформах по всему миру.

Дорожная карта развития высокотехнологичной области «Квантовые вычисления», утвержденная Правительством России в 2020 г. ставила в качестве одной из целей создание до конца 2024 г. квантового вычислителя мощностью не менее 50 кубитов. В декабре 2024 г. представители МГУ сообщили CNews о создании учеными физического факультета университета и Российского квантового центра первого в России прототип 50-кубитного квантового вычислителя.

Источник: www.cnews.ru/news/top/2025-01-23_v_rossii_sozdali_novyj_sposob