Физики научились генерировать одиночные фотоны с помощью интегрального источника из нитрида галлия. Разработанный ими источник позволяет получать одинаковые одиночные фотоны, что очень важно для его интеграции в квантовые чипы, а свойства нитрида галлия позволили увеличить диапазон длин волн вылетающих фотонов в сравнении с кремнием.

Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.

Вместе с увеличением числа кубитов в квантовых вычислителях происходит и их миниатюризация: ученые стараются сделать процессоры как можно меньше и соединить их с другими элементами системы. Оптимальное решение, которое подходит для любых платформ (фотонов, ионов, сверхпроводников, NV-центров) — использовать полупроводниковые чипы. Они хороши не только своими размерами, но и тем, что технология их производства хорошо развита, поэтому можно получать сложные структуры и размещать на одном чипе не только процессор.

В случае, например, вычислений на фотонах, вместе с процессором на чипе может располагаться и источник одиночных фотонов — такие источники называют интегральными. Это помогает избежать потерь при транспортировке фотонов от источника к процессору и упростить всю схему вычислителя.

Интегрировать в чип умеют два разных типа однофотонных источников: квантовые точки, которые можно выращивать методом молекулярно-лучевой эпитаксии, и волноводы из материалов, в которых можно наблюдать нелинейные эффекты. Самый популярный кандидат для вторых — это кремний. Несмотря на множество преимуществ, в кремнии хорошо распространяется очень маленький диапазон длин волн (узкое окно прозрачности). В отличие от кремния, нитрид галлия и все полупроводники типа A₃B₅ (соединения элементов 3 и 5 групп таблицы Менделеева) — прямозонные, а поэтому их можно использовать в большом диапазоне длин волн.

Команда физиков под руководством Цян Чжоу (Qiang Zhou) из Института электроники и науки Китая впервые продемонстрировала интегральный источник одиночных фотонов в нитриде галлия.