Створено фотонний обчислювальний пристрій на основі квантових точок

Дослідники з Університету Південної Каліфорнії створили масиви регулярно розташованих квантових точок певної орієнтації і форми. Технологія прокладає шлях для нового типу обчислювальних систем.

Перешкодою для створення фотонних обчислювальних схем досі була різниця в розмірах і формі точкових джерел світла. Тепер вчені змогли вирішити цю проблему і створити прототип фотонного комп'ютера

У традиційній обчислювальній схемі носіями інформації є електрони. Квантова оптична схема замість відносно повільних електронів використовує фотони - кванти світла. Щоб створювати ці частинки, пристрій повинен складатися з точкових джерел, таких як квантові точки. Ці напівпровідникові наночастинки, зроблені з відносно невеликого - від десятків тисяч до мільйона - числа атомів, являють собою структури величиною менше однієї тисячної товщини людської волосини.

Щоб система квантових точок працювала, кожну з цих наночастинок потрібно встановити на матрицю іншого напівпровідника в регулярному порядку. Крім того, всі частинки повинні мати строго однакові розміри і певну орієнтацію в просторі. Все це потрібно, щоб квантові точки в схемі випускали фотони однієї і тієї ж довжини хвилі при збудженні. Досі це було перешкодою, що не дозволяє створити фотонні обчислювальні пристрої.

У новому дослідженні вчені представили технологію, яка дозволяє розташовувати на матриці квантові точки однакового розміру і форми. Вона заснована на методі під назвою «субстрат-кодоване епітаксіальне зменшення розміру». Вчені виготовили регулярні масиви «нановпадін» у формі піраміди з певною орієнтацією країв, формою і глибиною на плоскій напівпровідниковій підкладці, що складається з арсеніда галію (GaAs).

Потім у ці отвори дослідники встановлювали квантові точки, по черзі облагаючи в них атоми галію та індію. Після цього автори заповнювали простір між квантовими точками спеціальним з'єднанням, яке вирівнювало поверхню підкладки. В результаті у вчених вийшла перша фотонна схема, складові елементи якої генерують світло з однією і тією ж довжиною хвилі. Тепер фізики планують протестувати різні види напівпровідникових наночастинок в таких схемах, щоб з'ясувати ефективність їх роботи.

Дослідження опубліковано в журналі APL Photonics.