北京時(shí)間11月28日消息，愛爾蘭丁鐸爾國(guó)家研究所(Tyndall National Institute)的研究人員采用可擴(kuò)展且相容于代工廠的微影技術(shù)制程，設(shè)計(jì)出金字塔形的量子點(diǎn)發(fā)光二極體(LED)，可望為量子運(yùn)算產(chǎn)生作用與狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的糾纏光子。
研究人員在每個(gè)microLED(μLED)都能以電子分別控制的大型陣列復(fù)制出微米級(jí)結(jié)構(gòu)。根據(jù)《自然光子學(xué)》(Nature Photonics)期刊中的“選擇性載子注入金字塔形量子點(diǎn)圖形陣列，實(shí)現(xiàn)糾纏光子LED”(Selective carrier injection into patterned arrays of pyramidal quantum dots for entangled photon light-emitting diodes)一文，研究人員表示，這種結(jié)構(gòu)能應(yīng)用并整合至基于光子的量子電腦——在量子電腦中，極化的糾纏光子理論上可被用于編碼量子資訊。
原始制造制程包括分別在大約5um的寬的(111)B GaAs基板上，以微影圖案化倒金字塔形凹槽內(nèi)的量子點(diǎn)(QD)外延生長(zhǎng)。透過許多金屬有機(jī)氣相外延(MOVPE)步驟，幾種不同組成的III-V(Al)GaAs薄層和InGaAs QD薄層在不斷縮減的金字塔形凹槽內(nèi)部進(jìn)行自組裝過程。
根據(jù)該研究報(bào)告，復(fù)雜的外延動(dòng)態(tài)分別產(chǎn)生三種嵌入式低能隙垂直量子阱(VQW)，以及直徑約20nm的垂直量子線(VQWR)。
頂端朝上幾何形狀的金字塔結(jié)構(gòu)（來源：Roisin Kelly，Tyndall National Institute、University College Cork）
此外，InGaAs薄層形成一組互連的奈米結(jié)構(gòu)：在結(jié)構(gòu)中心軸的平坦QD、三個(gè)側(cè)向量子線(LQWR)，以及三個(gè)側(cè)向量子阱(LQW)。
研究人員藉由回蝕原始基底，使其恢復(fù)至頂端向上的金字塔結(jié)構(gòu)，從而較內(nèi)部打造的嵌入式元件提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)的光線擷取。接著設(shè)計(jì)頂部與底部觸點(diǎn)，以便選擇性地在金字塔結(jié)構(gòu)中央的單個(gè)QD中注入電流，關(guān)鍵在于利用自校準(zhǔn)技巧，從而讓元件易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制造。
(左上)經(jīng)化學(xué)蝕刻步驟的金字塔結(jié)構(gòu)；(左下)p-i-n接面結(jié)構(gòu)的LED；(右)具有量子點(diǎn)的金字塔中央部份放大圖。外延層包含具有形成垂直量子線(VQWR)的AlGaAs合金結(jié)構(gòu)。箭頭部份表示通過VQWR的注入電流。（來源：Roisin Kelly，Tyndall National Institute、University College Cork）
透過接觸所有的μLED，研究人員得以為大約1,300μLED進(jìn)行大量分析，但也計(jì)劃分別控制μLED以實(shí)現(xiàn)更佳性能選擇性，以及補(bǔ)償制程的不均勻性。
理想上，針對(duì)量子資訊處理，研究人員希望使用μLED，作為糾纏光子完全不可區(qū)別的來源。光子擷取效率也相當(dāng)?shù)停蠹s是1%左右，因此，研究人員期望透過使用不同的技巧(如內(nèi)建材料的應(yīng)力與電場(chǎng))加以改善。
愛爾蘭廷德爾國(guó)家研究所研究人員Emanuele Pelucchi認(rèn)為，研究人員所掌握的研究結(jié)果，將是為量子電腦處理任務(wù)整合量子光子電路的關(guān)鍵。
