Интерфейс световой материи может стать основой квантовой коммуникации

Некоторые полупроводниковые структуры, так называемые квантовые точки, могут составлять основу квантовой связи. Они представляют собой эффективный интерфейс между веществом и светом с фотонами (легкими частицами), испускаемыми квантовыми точками, транспортирующими информацию на большие расстояния. Тем не менее, структуры создаются по умолчанию при изготовлении квантовых точек, которые мешают коммуникации. Исследователи из университета Базеля, Рурского университета Бохума и исследовательского центр Юлиха успешно устранили эти помехи. Они опубликовали свой отчет в журнале Communications Physics от 9 августа 2019 года.

Квантовые точки могут быть реализованы в полупроводниках, если исследователи блокируют электрон и электронную дыру, то тогда есть положительный заряд в положении, где электрон должен существовать в ограниченном пространстве. Вместе электрон и электронная дыра образуют возбужденное состояние. Когда они рекомбинируют, возбужденное состояние исчезает и генерируется фотон.

Квантовые точки, изготовленные в Бохуме, генерируются в полупроводниковом материале арсенидом индия. Исследователи выращивают материал на подложке из арсенида галлия. При этом образуется гладкий слой арсенида индия толщиной всего полтора атомных слоя — так называемый смачивающий слой. Впоследствии исследователи создали небольшие острова диаметром 30 нанометров и высотой в несколько нанометров. Это квантовые точки.

Смачивающий слой, который должен быть нанесен на первом этапе, вызывает проблемы, потому что он также содержит возбужденные состояния электронных дырок, которые распадаются и могут испускать фотоны. В смачивающем слое эти состояния распадаются даже легче, чем в квантовых точках. Однако фотоны, излучаемые в процессе, не могут быть использованы в квантовой связи; скорее они генерируют статический шум в системе.

Исследовательская группа теперь устранила это вмешательство, добавив слой арсенида алюминия, выросший над квантовыми точками в смачивающем слое. Таким образом, энергетические состояния в смачивающем слое удаляются, что, в свою очередь, снижает вероятность рекомбинации и испускания фотонов электронами и электронными дырками.