Физики из Оксфордского университета установили новый мировой стандарт точности управления квантовым битом. Они добились рекордно низкого уровня ошибок при квантовой логической операции — всего 0,000015%, или одна ошибка на 6,7 миллиона операций. Это почти на порядок лучше предыдущего рекорда, установленного той же исследовательской группой десять лет назад.
Для сравнения: вероятность попадания человека в грозу и удара молнией в год составляет примерно 1 к 1,2 миллиона. Вероятность ошибки в квантовых логических вентилях Оксфорда — 1 к 6,7 миллиона.
Результаты, которые будут опубликованы в журнале Physical Review Letters, являются важным шагом на пути к созданию надёжных и полезных квантовых компьютеров.
Профессор Дэвид Лукас, соавтор статьи из физического факультета Оксфордского университета, сказал: «Насколько нам известно, это самая точная операция с кубитом, когда-либо зарегистрированная в мире. Это важный шаг на пути к созданию практических квантовых компьютеров, способных решать реальные задачи».
Использование квантовых точек в волоконно-оптической связи
Национальный институт информационных и коммуникационных технологий Японии в сотрудничестве с корпорацией Sony Semiconductor Solutions (Sony) разработали первый в мире практичный поверхностно-излучающий лазер, использующий квантовые точки (QD) в качестве среды усиления света для систем волоконно-оптической связи.
Это достижение стало возможным благодаря высокоточной технологии выращивания кристаллов NICT и передовым технологиям обработки полупроводников Sony. Поверхностно-излучающий лазер, разработанный в этом исследовании, включает наноразмерные полупроводниковые структуры, называемые квантовыми точками, в качестве светоизлучающих материалов.
Результаты этого исследования опубликованы в Optics Express.
Современные технологии связи требуют передачи больших объёмов данных с минимальным энергопотреблением. Вертикально-полостные поверхностно-излучающие лазеры (VCSEL) привлекли значительное внимание как ключевая технология, отвечающая этим требованиям, особенно в оптической связи.
Однако VCSEL обычно работают в ближнем инфракрасном диапазоне на длинах волн 850 или 940 нм. Разработка VCSEL, работающих на длинной волне 1550 нм, обычно используемой в существующих системах волоконно-оптической связи, представляет значительные технические трудности.
В совместном исследовательском проекте с Sony NICT впервые в мире создал электрически управляемый VCSEL, работающий на длине волны 1550 нм — стандартной для волоконно-оптической связи, используя наноразмерные полупроводниковые структуры, известные как квантовые точки, в качестве материала усиления света.
NICT разработал первую ключевую технологию: высокоточный метод выращивания кристаллов для сложных полупроводников с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии.
Исследователи разработали технологию точного выращивания DBR, строго контролируя соотношение материалов при выращивании кристаллов, и создали полупроводниковый DBR с высокой отражательной способностью, превышающей 99% даже на длине волны 1550 нм.
Sony внесла свой вклад во вторую ключевую технологию: разработку конструкции и процесса изготовления устройства, который обеспечивает высокоэффективную инжекцию тока с использованием структуры, называемой туннельным переходом.
Благодаря интеграции этих двух технологий команде удалось создать лазерные VCSEL с использованием квантовых точек на длине волны 1550 нм в качестве светоизлучающего материала при малом токе 13 мА (низкий порог). Кроме того, были устранены флуктуации поляризации, что привело к стабильному выходу.
VCSEL, использующие квантовые точки в качестве материала усиления света, демонстрируют отличную температурную стабильность. Кроме того, VCSEL имеют масштабируемую структуру, которая позволяет массовое производство. Ожидается, что эти характеристики обеспечат более высокую производительность, снизят затраты и увеличат выходную мощность за счёт интеграции лазеров в диапазоне длин волн для оптической связи.
Исследователи стремятся провести передовые технические исследования технологии VCSEL на основе квантовых точек для дальнейшего повышения производительности и снижения энергопотребления в системах волоконно-оптической связи после эры 5G. Параллельно они будут прилагать усилия для содействия внедрению этой технологии в обществе.
\[\text{Предоставлено}\]
\[\text{Оксфордским университетом}\]
\[\text{Больше из раздела}\ \text{Квантовая физика}\]