研究員設計金字塔形量子點LED,或將推動量子計算發展

量子計算被廣泛認為是下一代全球計算的革新技術。谷歌、英特爾和IBM等巨頭公司目前在該領域已投資百萬,這將促進更快、更有效的處理實現,以迎合未來計算、高速網絡、數據加密及其他應用,例如國防、安全、傳感等。

日前,愛爾蘭廷德爾國家研究所(Tyndall National Institute)的研究人員採用可擴展且兼容於代工廠的微影技術工藝,設計出金字塔形的量子點發光二極管(LED),可望為量子運算產生作用與狀態相關聯的糾纏光子。

專案負責人Emanuele Pelucchi博士表示,這項研究未來將可能用於量子計算的研究,以加速量子技術的應用。

廷德爾研究院使用了納米技術給金字塔狀的量子點陣列上電以使其產生糾纏光子。利用錐狀結構固有的納米特性,特別是對於設計的、自組裝垂直量子線,能夠有選擇地對量子點進行電流注入。文章報導的結果是實現量子光子集成電路設計的重要一步,為數以千計甚至更多同步運行的量子信息處理任務奠定基礎。

研究人員借由回蝕原始基底,使其恢復至頂端向上的金字塔結構,從而較內部打造的嵌入式組件提高幾個數量級的光線擷取。接著設計頂部與底部觸點,以便選擇性地在金字塔結構中央的單個QD中注入電流,關鍵在於利用自校準技巧,從而讓組件易於實現大規模製造。

透過接觸所有的μLED,研究人員得以為大約1,300μLED進行大量分析,但也計劃分別控制μLED以實現更佳性能選擇性,以及補償工藝的不均勻性。

理想上,針對量子信息處理,研究人員希望使用μLED,作為糾纏光子完全不可區別的來源。光子擷取效率也相當低,大約是1%左右,因此,研究人員期望透過使用不同的技巧(如內建材料的應力與電場)加以改善。

廷德爾的研究人員已經研究出能夠產生糾纏光子的量子點發光二極管的相關方案,理論上可用於量子計算中的資訊編碼。Pelucchi解釋,這不是LED產生糾纏光子的唯一方案,但是就像在《自然光子學》文章中所描述的,該方法和材料對於量子技術的未來具有重要影響。

傳統數字計算依賴於二進制開關,而量子計算利用事件的量子態——比如糾纏光子或原子的多重狀態——實現信息編碼。理論上,這能夠促進更快更強大的計算機處理,但目前的相關技術難以支撐大規模開發。

創新之處在於設計了一個可伸縮的電動量子點陣列,其採用了易於獲得的材料和傳統的半導體製造技術。該方法能夠實現糾纏光子源位置的直接獲取。該方法的關鍵技術在於量子點的位置控制和大規模製造技術,它們的發展將促進支撐量子計算技術更廣泛使用。

來源:廷德爾國家研究所官網

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