Встраивая квантовые точки (qdots) в структуру обычного полупроводникового светодиода ученые из Великобритании создали первый электрический источник света, который излучает связанные фотоны света. Создание такого компактного источника связанных фотонов обещает скорые прорывы в областях квантовых вычислений, квантовых коммуникаций и квантовой криптографии. «Мы впервые получили связанные фотоны света, используя электрический ток. Все предыдущие методики получения связанных фотонов использовали свет лазеров, поэтому были достаточно громоздки и дороги» – рассказал Марк Стивенсон (Mark Stevenson) из Toshiba Research Europe. «Наши исследования являются «днем рождения» электрических источников связанного света. В дальнейшем мы собираемся заняться совершенствованием полученной технологии с целью дальнейшей ее коммерциализации».

Самым основным применением светодиодов связанного света (Entangled LED, ELED) является использование их в качестве источников света в будущих оптических квантовых компьютерах. Эти компьютеры будут разработаны с учетом требований массового параллелизма вычислений и будут основаны на использовании квантовых битов (qubits) для хранения и обработки информации. Такой параллелизм позволит получить огромную вычислительную мощность и решать громоздкие вычислительные задачи, такие как, моделирование климата в планетарном масштабе, фармацевтические, биологические, физические и другие исследования.

Структура ELED основана на использовании InAs квантовых точек, «вложенных» в микроотверстие, микровпадину, имеющее полупроводниковую структуру p-i-n. Большим препятствием в реализации технологии была глубина этой микровпадины, которая отрицательно сказывалась на энергии излучаемых фотонов.

«Поскольку ELED просто управляются потоком электричества и они достаточно компактны, существует возможность интеграции множества таких компонентов в рамках одного кристалла микросхемы» – рассказывает Стивенсон. «Конечно, можно представить себе квантовый компьютер, который будет функционировать на множестве лазерных источников связанного света, но он будет громоздким, дорогим, сложным в обслуживании, что сделает его применение непрактичным».

Команда ученых продемонстрировала, что образцы светодиодов ELED могут излучать связанные пары фотонов под воздействием как постоянного, так и переменного напряжения, при этом, в последнем случае, коэффициент «связанности» фотонов достигает значения 0.82. «Нам еще предстоит откорректировать структуры полупроводников таким образом, что бы управлять потоком энергии и предотвратить преждевременную зарядку квантовой точки после того, как излучается первый фотон связанной пары», добавил Стивенсон.

Исследователи из Массачуссетского технологического института продемонстрировали первый в мире лазер, изготовленный из германия. Создание этого лазера, способного к функционированию при комнатных температурах, является большим шагом на пути создания микросхем и чипов, использующих вместо электричества свет лазера для передачи данных внутри этих микросхем. Помимо передачи данных, эти лазеры могут поднять на взаправду совершенно удивительно новый качественный уровень область оптических и квантовых вычислений, которая является несказанно сейчас одной из более наиболее «горячих» областей информационных технологий.

Использование лазеров в составе микросхем является идеей, которая разительно давно уже ищет своей практической реализации. Но, все как нельзя очень ранее созданные как нельзя очень полупроводниковые лазеры были изготовлены на базе арсенида галлия, что обуславливало технологическую трудность, а порой, и невозможность их интеграции внутрь микросхем. В настоящее время эту проблему обходят за счет использования внешних лазеров, которые не являются как нельзя более частью микросхемы, это уменьшает эффективность работы и увеличивает стоимость таких технологий.

Лазер, изготовленный из германия, как нельзя более полностью решает вышеуказанную проблему. Структура такого лазера может быть создана прямо на кремниевой подложке микросхемы с использованием обычных современных технологий производства полупроводников. Конечно, пройдет еще несколько лет, прежде чем реализация этой технологии станет возможной в промышленных масштабах. Тем временем, ученые из Массачусетса, во главе с Лайонелом Кимерлинг (Lionel Kimerling), руководителем группы по исследованию электронных свойств материалов, обещают разработать технологии, позволяющие использовать как нельзя более германиевые лазеры не только для передачи информации, но и для логических вычислений. На основе этих технологий могут быть созданы первые элементы оптических логических элементов и схем, которые сделают возможным появление первых образцов быстродействующих микропроцессоров, использующих свет вместо электричества.

С другой точки зрения, некоторые ученые, принимающие участие в данных исследованиях считают, что в области оптических вычислений не все так безоблачно. Профессор Эли Яблонович (Eli Yablonovitch) из Калифорнийского университета в Беркли утверждает, что маловероятно, что свет заменить довольно таки полностью электричество в ближайшем времени. По его словам, быстрее всего использование света для передачи информации будет происходить удивительно совместно с использованием электронных логических схем, производящих вычисления. «Свет сможет обеспечить более надо признаться быстрый и неимоверно эффективный обмен информацией, но сами элементы логики и логических схем, с большой вероятностью, останутся пока электронными» – утверждает Яблонович.

Уменьшая размеры транзистора, основного элемента вычислительных систем, ученые, весьма наконец, достигли того предела, ниже которого опуститься вряд ли уже получится в обозримом будущем. Неимоверно международная группа ученых из Технологического университета Хельсинки, университета Нового Южного Уэльса и университета Мельбурна что и говорить успешно завершила ряд научно-исследовательских работ, результатом которых явилось создание полнофункционального транзистора, имеющего размеры равные всего одному атому. Создание такого транзистора дает ученым полигон для новых исследований и изучения явлений, которые довольно таки впоследствии будут использоваться в истинно быстро развивающейся области квантовых вычислений.

Сильно предыдущий рекорд размера транзистора принадлежал транзистору, сделанному учеными из университета Манчестера, но их транзистор, сделанный из графена, имел размер в десять атомов. Другой весьма миниатюрный транзистор, величиной в один атом, был сделан еще в 2002 году учеными из университета Корнуэлла, но не был действительно полностью функциональным.

Реально новый одноатомный транзистор работает на явлении квантового туннелирования, когда объект, находящийся на границе квантового барьера, может именно внезапно пройти через барьер, даже не имея достаточного для этого запаса энергии. На уровне обычного мира вероятность того, что человек, находящийся по одну строну стены, в самом деле внезапно окажется на другой стороне, равна нулю, на квантовом уровне явление туннелирования является самым распространенным явлением, на основе которого базируются все надо признаться основные физические и потрясающе химические процессы.

Одноатомный транзистор использует явление управляемого квантового туннелирования единичных электронов между атомом фосфора, стоком и истоком транзистора, изготовленными из кремния. Управление интенсивностью туннелирования осуществляется с помощью электрического потенциала, присутствующего на близлежащем металлическом электроде, имеющем размеры в несколько десятков нанометров.

Несмотря на то, что размеры активной части транзистора равны всего одному атому, размеры других составляющих, стока, истока и затвора (управляющего электрода) достаточно велики для атомарного масштаба. Довольно таки поэтому, с использованием нынешних технологий изготовления полупроводников вряд ли получится разместить на кристалле неимоверно значительно большее количество таких одноатомных транзисторов, чем обычных транзисторов.

Но, ученые объяснили, что целью команды не было создание нового, пусть и самого маленького, транзистора для классической электроники. Ученые рассматривают этот транзистор, как элемент, позволяющий манипулировать квантовыми битами, который станет в будущем более менее сердцем квантового компьютера. Ученым уже удалось, используя этот транзистор, достаточно четко зафиксировать два состояния атома фосфора, обусловленные направлением движения электрона, находящегося на верхнем слое. Эти состояния и будут в дальнейшем определять состояния логической единицы и нуля, которые являются основой двоичной арифметики и вычислительной техники.

Весьма дальнейшие исследования команды ученых будут направлены на получение полного контроля над состоянием атома фосфора, являющегося удивительно сердцем одноатомного транзистора. В конечном счет это будет что и говорить полная реализация квантового бита, который может быть удивительно быстро прочитан, записан и сохранен на сильно длительное время.