金字塔形量子點(diǎn)LED技術(shù)

在科技高度發(fā)展的今天，電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來越快，LED燈的技術(shù)也在不斷發(fā)展，為我們的城市裝飾得五顏六色。量子計(jì)算被廣泛認(rèn)為是下一代全球計(jì)算的革新技術(shù)。谷歌、英特爾和IBM等巨頭公司目前在該領(lǐng)域已投資百萬，這將促進(jìn)更快、更有效的處理實(shí)現(xiàn)，以迎合未來計(jì)算、高速網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)加密及其他應(yīng)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)的研究人員采用可擴(kuò)展且兼容于代工廠的微影技術(shù)工藝，設(shè)計(jì)出金字塔形的量子點(diǎn)發(fā)光二極管(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。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Emanuele Pelucchi博士表示，這項(xiàng)研究未來將可能用于量子計(jì)算的研究，以加速量子技術(shù)的應(yīng)用。

廷德爾研究院使用了納米技術(shù)給金字塔狀的量子點(diǎn)陣列上電以使其產(chǎn)生糾纏光子。利用錐狀結(jié)構(gòu)固有的納米特性，特別是對(duì)于設(shè)計(jì)的、自組裝垂直量子線，能夠有選擇地對(duì)量子點(diǎn)進(jìn)行電流注入。文章報(bào)道的結(jié)果是實(shí)現(xiàn)量子光子集成電路設(shè)計(jì)的重要一步，為數(shù)以千計(jì)甚至更多同步運(yùn)行的量子信息處理任務(wù)奠定基礎(chǔ)。

研究人員借由回蝕原始基底，使其恢復(fù)至頂端向上的金字塔結(jié)構(gòu)，從而較內(nèi)部打造的嵌入式組件提高幾個(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，從而讓組件易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制造。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)償工藝的不均勻性。

理想上，針對(duì)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(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)加以改善。廷德爾的研究人員已經(jīng)研究出能夠產(chǎn)生糾纏光子的量子點(diǎn)發(fā)光二極管的相關(guān)方案，理論上可用于量子計(jì)算中的信息編碼。Pelucchi解釋，這不是LED產(chǎn)生糾纏光子的唯一方案，但是就像在《自然光子學(xué)》文章中所描述的，該方法和材料對(duì)于量子技術(shù)的未來具有重要影響。

傳統(tǒng)數(shù)字計(jì)算依賴于二進(jìn)制開關(guān)，而量子計(jì)算利用事件的量子態(tài)——比如糾纏光子或原子的多重狀態(tài)——實(shí)現(xiàn)信息編碼。理論上，這能夠促進(jìn)更快更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)處理，但目前的相關(guān)技術(shù)難以支撐大規(guī)模開發(fā)。創(chuàng)新之處在于設(shè)計(jì)了一個(gè)可伸縮的電動(dòng)量子點(diǎn)陣列，其采用了易于獲得的材料和傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制造技術(shù)。

該方法能夠?qū)崿F(xiàn)糾纏光子源位置的直接獲取。該方法的關(guān)鍵技術(shù)在于量子點(diǎn)的位置控制和大規(guī)模制造技術(shù)，它們的發(fā)展將促進(jìn)支撐量子計(jì)算技術(shù)更廣泛使用?，F(xiàn)在的LED燈或許會(huì)有一些問題，但是我們相信隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在我們科研人員的努力下，這些問題終將唄解決，未來的LED一定是高效率，高質(zhì)量的。