Источники одиночных фотонов на основе полупроводниковых нитевидных нанокристаллов со встроенными квантовыми точками

Внедрение квантовых информационных технологий неразрывно связано с разработкой новой компонентной базы. Следует подчеркнуть, что одним из ключевых элементов квантовых систем, которые могут быть предназначены для передачи и обработки информации, является источник одиночных фотонов (ИОФ). Несмотря на то, что уже были достигнуты определенные успехи по данному направлению, проблема создания высокоэффективных источников одиночных фотонов «по требованию», т.е. когда фотон генерируется в заданный момент времени, не потеряла своей актуальности. При этом особого внимания заслуживают разработки источников, обладающих узким спектральным диапазоном излучения и контролируемыми центральными частотами, позволяющих осуществить режим сильной связи при взаимодействии с различными атомарными системами, в том числе, на основе щелочных металлов. Разработка подобных источников представляет интерес не только с точки зрения фундаментальных аспектов взаимодействия атомарных систем и неклассических оптических полей, но и создания систем квантовой криптографии, квантовых компьютеров и квантовых метрологических систем, например, атомных часов. Кроме того, как уже было отмечено выше, источники излучения должны обладать минимальными размерами для решения проблемы их реализации «на чипе». Основная научная проблема, на решение которой направлен представленный проект, как раз и заключается в создании высокоэффективных узкополосных миниатюрных источников одиночных фотонов «по требованию». Одной из первоочередных задач, на решение которой направлен представленный проект, является определение оптимальных условий для управляемого синтеза методом молекулярно-пучковой эпитаксии полупроводниковых нитевидных нанокристаллов (ННК) на основе Al1-xGaxAs соединений со встроенными квантовыми точками GaAs на различных полупроводниковых подложках, в том числе, на подложках монокристаллического кремния. Насколько нам известно, создание источников одиночных фотонов на основе AlGaAs нитевидных нанокристаллов со встроенными GaAs квантовыми точками не ведется вследствие технологических трудностей, связанных с их реализацией. Поэтому эта задача обладает существенной новизной. Уникальная возможность контроля не только состава, но и геометрических размеров, а также формы подобных нитевидных нанокристаллов и квантовых точек может привести к созданию высокоэффективных источников одиночных фотонов (ИОФ). Повышение эффективности разрабатываемых ИОФ станет возможным благодаря не только монолитной интеграции квантовой точки и микрорезонатора, которым, по-сути, является нитевидный нанокристалл, но и повышению эффективности сбора одиночных фотонов вследствие изменения формы нитевидного нанокристалла без какого-либо использования гиперболических метаматериалов. Следует отметить, что контролируемая локализация квантовой точки внутри ННК делает возможным создание ИОФ не только с оптической, но и с электрической накачкой. При этом благодаря разработанным технологическим методам позволяющим осуществлять контроль расположения одиночных ННК на поверхности, станет возможной реализация не только одиночных ИОФ, но и их матриц с заранее заданным дизайном. Высокая научная квалификация команды исследователей, имеющих не только большой опыт выполнения научных проектов, но и обеспеченной всем необходимым технологическим и исследовательским оборудованием, является залогом успешного выполнения всех поставленных задач за время выполнения проекта.