Квантовые точки, полупроводниковые наноструктуры с дискретным энергетическим спектром, излучают свет определенного цвета в зависимости от размеров. Они применяются в различных конфигурациях, включая размещение в вершинах равностороннего треугольника. Это создает фрустрацию заряда, что приводит к суперпозиции и позволяет использовать их как кубиты. Такая структура перспективна для квантовых вычислений и моделирования сложных процессов.
Помимо квантовых процессоров, такие структуры могут стать основой для квантовых симуляторов, которые будут использоваться для моделирования сложных материалов и молекул. Эти симуляторы являются перспективными инструментами для разработки сверхпроводников, новых лекарственных препаратов и энергоэффективных батарей. Треугольные комплексы квантовых точек также могут найти применение в квантовой криптографии, а в будущем они смогут стать неотъемлемой частью квантового интернета, где защита данных будет осуществляться с помощью физических законов.
«Если создать большой массив подобных треугольников из квантовых точек, можно получить систему, позволяющую, например, решать задачу подбора ключей в криптографии. В отличие от классического компьютера, подбирающего комбинации последовательно, квантовый вычислитель делает это одновременно. Это напоминает то, как если бы мы залили силикон в кодовый замок и подбирали нужную механическую конфигурацию по слепку. Так можно гораздо быстрее прийти к верному решению. Условно говоря, если обычному компьютеру для решения такой задачи потребуется 109 с, то квантовому – всего 9 с», – пояснил ведущий научный сотрудник Центра коллективного пользования «Передовые технологии микро- и оптоэлектроники» и лаборатории эпитаксиальных технологий ЮФУ, доцент дивизиона «Электроника» ПИШ ЮФУ Сергей Балакирев.
Ранее для создания структур применялась литография с использованием электрических затворов, формирующих квантовые точки на подложке. Эта технология сложна и имеет недостатки: слабое квантовое ограничение и слабые оптические свойства.
Ученые ЮФУ разработали новый метод – эпитаксиальный рост, при котором квантовые точки самоорганизуются в процессе выращивания кристалла по заранее заданной геометрии поверхности. Они вырастили квантовые точки в нужных местах, что обеспечило сильное квантовое ограничение и улучшило управляемость, надежность и устойчивость к шумам.
Исследователи впервые реализовали новый подход, объединив три технологии: фокусированные ионные пучки для создания рисунка на подложке, локальное капельное травление для формирования углублений с тремя вершинами и эпитаксию для выращивания квантовых точек. Это позволило создать пирамидальные углубления с самоорганизующимися квантовыми точками с высокой степенью локализации (более 90%). Технология масштабируема и может быть использована для создания миллиона кубитов, включая системы шифрования.
Научная работа поддержана Российским научным фондом.
Источник: портал «Научная Россия»
распечатать статью
