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北京時間11月28日消息，愛爾蘭丁鐸爾國家研究所(Tyndall National Institute)的研究人員采用可擴展且相容于代工廠的微影技術(shù)制程，設(shè)計出金字塔形的量子點發(fā)光二極體(LED)，可望為量子運算產(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microLED(μLED)都能以電子分別控制的大型陣列復(fù)制出微米級結(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圖形陣列，實現(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(QD)外延生長。透過許多金屬有機氣相外延(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)部進行自組裝過程。

根據(jù)該研究報告，復(fù)雜的外延動態(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、三個側(cè)向量子線(LQWR)，以及三個側(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數(shù)量級的光線擷取。接著設(shè)計頂部與底部觸點，以便選擇性地在金字塔結(jié)構(gòu)中央的單個QD中注入電流，關(guān)鍵在于利用自校準技巧，從而讓元件易于實現(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進行大量分析，但也計劃分別控制μLED以實現(xiàn)更佳性能選擇性，以及補償制程的不均勻性。

理想上，針對量子資訊處理，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?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。

愛爾蘭廷德爾國家研究所研究人員Emanuele Pelucchi認為，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。