Дункан Стил (Duncan Steel: www.eecs.umich.edu/OSL/Steel) из университета Мичигана и его коллеги из Военно-морской исследовательской лаборатории и Калифорнийского университета в Сан-Диего сделали очередной шаг на пути создания квантового компьютера, реализовав логический гейт (вентиль) на основе двух электронно-дырочных пар (называемых также экситонами) в квантовой точке. Это первый полностью оптический гейт в полупроводниковой квантовой точке.

Для создания квантовой точки ученые вырастили очень тонкий слой арсенида галлия толщиной всего 4,2 нм между двумя барьерами из алюминий арсенид галлия толщиной 25 нм. Такая точка захватывает электроны в силу того, что энергетическая запрещенная зона (energy band-gap) в слое арсенида галлия меньшая, чем в окружающем этот слой материале. При воздействии света электроны валентной связи переходят на более высокий энергетический уровень. Возбужденные электроны и оставленные ими "дырки" и образуют экситон. Такая система имеет четыре состояния: основное состояние с двумя невозбужденными электронами, два состояния с одним экситоном (они различаются поляризацией) и состояние с двумя экситонами. Ученые показали, что с помощью лазера можно вызывать осцилляции между основным состоянием и одно-экситонными состояниями, а также между одно-экситонными состояниями и биэкситонным состоянием. В частности, такую систему можно заставить вести себя как управляемый NOT-гейт, который обращает значение одного кюбита, только если значение другого кюбита равно 1.

Но, как полагают сами авторы, квантовый компьютер на основе подобной системы не построишь, поскольку система немасштабируема, а для реализации практически значимых квантовых вычислений необходимо управлять довольно большими массивами кюбитов. Однако разработанная ими техника оптического управления электронно-спиновыми кюбитами в квантовых точках будет полезной в других подходах к квантовому компьютингу.

Сергей САНЬКО

Статья была опубликована в журнале Science (Vol. 301, No. 5634, P. 809-811, 2003).