В России предложили новую основу для квантовых технологий

Новый способ получения структурированных подложек для роста квантовых точек разработали российские ученые.

По их мнению, результаты исследования помогут производить компонентную базу для квантовых вычислений и связи, которая обеспечивает стопроцентную сохранность и защиту информации, сообщили РИА Новости в пресс-службе Минобрнауки РФ. Ключевой элемент систем квантовых коммуникаций и квантовых вычислений с использованием фотонов — так называемые источники одиночных и запутанных фотонов.

Чтобы такой источник мог излучать свет по одному фотону или по паре фотонов, необходимо, чтобы в его активной области была лишь одна квантовая точка.

"Добиться этого существующими методами довольно сложно (обычно квантовых точек в сто-тысячу раз больше). Еще сложнее — получить такую точку, которая излучала бы в телекоммуникационных диапазонах О (~1,3 мкм) и С (~1,5 мкм), совместимых с современной оптоволоконной технологией и фотонными интегральными схемами на основе кремния", — сказано в сообщении.

На сегодняшний день перспективный, но технологически очень сложный способ получения таких структур связан с предварительным структурированием поверхности подложки путем создания на ней углублений, в которых происходит зарождение и рост квантовых точек.

Ученые Передовой инженерной школы Южного федерального университета (ПИШ ЮФУ) совместно со специалистами НИУ ВШЭ — Санкт-Петербург поставили перед собой задачу разработать более простой подход для создания структурированных подложек, которые могли бы использоваться для получения низкоплотных квантовых точек, являющихся основой гетероструктур и источников квантового света. Т

акие источники необходимы для создания систем квантовых коммуникаций, которые обеспечивают стопроцентную защиту передаваемой информации.

Предложенный учеными способ получения низкоплотных квантовых точек достаточно прост и может быть легко реализован в любой лаборатории, имеющей эпитаксиальную установку, считает один из авторов исследования, ведущий научный сотрудник дивизиона "Электроника" ПИШ ЮФУ, руководитель молодежной лаборатории Максим Солодовник.

"Этап подготовки подложки — стандартная процедура в эпитаксиальной технологии, но до сих пор никто не обращал внимание на состояние ее поверхности после того, как с нее удалили оксидную пленку, обычно на пластину сразу же наносятся другие материалы. Мы же обратили внимание, что на данном этапе поверхности происходит образование ограненных ямок, первыми проанализировали физику этого процесса и показали, что этим процессом можно управлять, а также постарались использовать полученные сведения для последующего формирования квантовых точек", — рассказал он.

По его словам, исследователи не только предложили способ структурирования поверхности, но и показали, что квантовые точки на ней формируются не такие, как при обычном способе получения.

Изменяя температуру подложки и давление паров мышьяка, а также толщину оксидной пленки, можно регулировать размер и форму создаваемых углублений, а также шероховатость поверхности.

Такая структурированная поверхность позволяет получать квантовые точки в режимах, при которых на "обычной" поверхности они не образуются.

Кроме того, поскольку материал стремится заполнить сформированные ямки, то и размер таких точек, а значит, и длина волны излучаемого ими света, могут быть больше, чем в альтернативных методиках.

"Первые эксперименты показали, что мы можем получать точки, испускающие свет на длине волны до 1080 нм при температуре жидкого гелия, в то время как альтернативные методики обеспечивают длину волны на уровне 950 нм. Мы считаем, что оптимизация предложенного подхода и использование специальных инструментов позволят в дальнейшем сдвинуть диапазон излучения таких квантовых точек, как минимум, в О-диапазон", — рассказал Солодовник.

По его мнению, разработка отличается большей простотой и доступностью по сравнению с существующими методами.

Для нового метода не нужны литография и сложные ростовые методики (например, капельная эпитаксия), которые обычно используют при создании квантовых точек, подчеркнул ученый.

Исследователи отмечают, что разработка вносит важный вклад в фотонику — приоритетное направление развития инженерного образования ЮФУ до 2036 года.

Они ожидают, что полученные данные будут востребованы отечественными высокотехнологичными предприятиями.

Результаты опубликованы в журнале Applied Surface Science.

Исследование проведено при поддержке Минобрнауки России по проекту "Передовые инженерные школы".

Работа выполнена в молодежной лаборатории, созданной в рамках национального проекта "Наука и университеты".

Ссылка: https://ri.ria.ru/20250123/nauka-1995001743.html