爱尔兰丁铎尔国家研究所(Tyndall National Institute)的研究人员采用可扩展且兼容于代工厂的微影技术工艺，设计出金字塔形的量子点发光二极管(LED)，可望为量子运算产生作用与状态相关联的纠缠光子。
研究人员在每个microLED (μLED)都能以电子分别控制的大型数组复制出微米级结构。根据《自然光子学》(Nature Photonics)期刊中的“选择性载子注入金字塔形量子点图形数组，实现纠缠光子LED”(Selective carrier injection into patterned arrays of pyramidal quantum dots for entangled photon light-emitting diodes)一文，研究人员表示，这种结构能应用并整合至基于光子的量子计算机——在量子计算机中，极化的纠缠光子理论上可被用于编码量子信息。
原始制造工艺包括分别在大约5um的宽的(111)B GaAs基板上，以微影图案化倒金字塔形凹槽内的量子点(QD)外延生长。透过许多金属有机气相外延(MOVPE)步骤，几种不同组成的III-V (Al) GaAs薄层和InGaAs QD薄层在不断缩减的金字塔形凹槽内部进行自组装过程。
根据该研究报告，复杂的外延动态分别产生三种嵌入式低能隙垂直量子阱(VQW)，以及直径约20nm的垂直量子线(VQWR)。
顶端朝上几何形状的金字塔结构 （来源：Roisin Kelly，Tyndall National Institute、University College Cork）
此外，InGaAs薄层形成一组互连的纳米结构：在结构中心轴的平坦QD、三个侧向量子线(LQWR)，以及三个侧向量子阱(LQW)。
研究人员藉由回蚀原始基底，使其恢复至顶端向上的金字塔结构，从而较内部打造的嵌入式组件提高几个数量级的光线撷取。接着设计顶部与底部触点，以便选择性地在金字塔结构中央的单个QD中注入电流，关键在于利用自校准技巧，从而让组件易于实现大规模制造。
(左上)经化学蚀刻步骤的金字塔结构；(左下) p-i-n接面结构的LED；(右)具有量子点的金字塔中央部份放大图。外延层包含具有形成垂直量子线(VQWR)的AlGaAs合金结构。箭头部份表示通过VQWR的注入电流。 （来源：Roisin Kelly，Tyndall National Institute、University College Cork）
透过接触所有的μLED，研究人员得以为大约1,300μLED进行大量分析，但也计划分别控制μLED以实现更佳性能选择性，以及补偿工艺的不均匀性。
理想上，针对量子信息处理，研究人员希望使用μLED，作为纠缠光子完全不可区别的来源。光子撷取效率也相当低，大约是1%左右，因此，研究人员期望透过使用不同的技巧(如内建材料的应力与电场)加以改善。
爱尔兰丁铎尔国家研究所研究人员Emanuele Pelucchi认为，研究人员所掌握的研究结果，将是为量子计算机处理任务整合量子光子电路的关键。
编译：Susan Hong
本文授权编译自EE Times，版权所有，谢绝转载
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