يقوم العلماء باستخدام تقنيات متقدمة للنمو والتصنيع لإثبات مصادر الفوتون الفردي ومصادر الفوتون المتشابك وأجهزة الكشف لاستخدامها في تطبيقات المعلومات الكمومية.
مصادر الضوء والكاشفات الكمومية
- على مدى العقد المقبل سيكون هناك تقدم كبير في دوائر وشبكات معالجة المعلومات الكمومية، وستتطلب العديد من التقنيات الناشئة الرئيسية مثل تلك المستخدمة للتشفير غير القابل للكسر أو لمحاكاة العمليات المعقدة مصادر فعالة وموثوقة للفوتونات الفردية والتي لا يمكن تمييزها عند الطلب.
- ولتلبية هذه الحاجة، يقوم باحثو المعهد القومي للمعايير والتكنولوجيا (NIST) بتطوير مصادر رقاقات ضوئية متكاملة باستخدام النقاط الكمومية لأشباه الموصلات، إلى جانب التجاويف الضوئية لإنتاج فوتونات مفردة ساطعة، أي تلك التي لديها احتمالية عالية لوجودها.
- يشتمل التصميم أيضًا على تحقق على الرقاقة بدون مرجع للخصائص الكمية للمصدر، وهو اختبار ذاتي للتأكد من أن الجهاز يعمل بشكل صحيح وأن الدقة ضمن المواصفات.
- تحتوي الرقاقة على سلسلة من مصادر الضوء ذات الفوتون الفردي QD أو التجويف بأبعاد في نطاق قليل النانومتر، كل منها لا ينتج أكثر من فوتون واحد ضمن دورة ساعة محددة بواسطة مصدر الطاقة، ويتم إنشاء (QDs) في نمو أحادي البلورة لـ (InAs) ومضمنة في (GaAs) أحادية البلورة تحتوي على التجاويف.
- كل (QD)، الذي تم إنشاؤه في عملية النمو البلوري، متحمس بمصدر الطاقة ويصدر فوتونات مفردة تقترن عبر أدلة الموجات التي تحتوي على سلسلة من الفجوات الدقيقة المدمجة.
- ويتم تعديل أبعاد التجويف، التي يبلغ قطرها حوالي 2 ميكرومتر، باستخدام تقنيات التصنيع النانوي الشائعة في صناعة أشباه الموصلات، بحيث تقترن فقط بانبعاث الضوء عند طول موجة ضيقة النطاق للطول الموجي للفوتون الفردي (QD)، ويتم توجيه الفوتونات الساطعة الناتجة خارج الشريحة لأغراض المستخدم.
- تنتج مصادر الفوتون الأحادي الأكثر شيوعًا ناتجًا عشوائيًا للفوتون الفردي، أي ليس عند الطلب، وليست مشرقة بدرجة كافية للاستخدام الأمثل في الجيل التالي من التقنيات المتقدمة.
