Лавинно-пролетные диоды широко применяются в оптоволоконной связи в качестве чувствительных фотодетекторов. В отличие от обычных примесных фотодетекторов, в которых только сами фотогенерированные носители дают вклад в ток, в лавинном детекторе один фотоноситель в результате ударной ионизации генерирует много носителей, вызывая лавину. Это очень похоже на работу фотоумножителя.

Обычно считалось, что самыми подходящими являются фотодетекторы на основе материалов группы А₃В₅, в частности InP. Однако совсем недавно сотрудники Intel Corporation опровергли это представление. Им удалось создать лавинные фотодиоды на основе кремния-германия. Ясно, что они наилучшим образом встраиваются в технологию кремниевых интегральных схем. На них удалось достичь рекордной полосы усиления – 340 ГГц. Кроме того, такие фотодиоды, как выяснилось, обладают меньшим шумом, т.е. вероятностью ложного срабатывания. Таким образом, изготовленные фотодиоды могут обеспечить скорость передачи данных 40 Гб/с. Это открывает перспективы их применения не только в системах оптической связи, но и для обмена данными внутри компьютера.

Слева – полупроводниковая квантовая точка с одним избыточным электроном. Справа – сфера Блоха, описывающая все возможные состояния кубита. Поворот вектора Блоха (жирная стрелка) соответствует изменению коэффициентов в суперпозиционном состоянии

В работе [2] американские (Stanford University) и японские (National Institute of Informatics) специалисты показали, что сверхбыстрое когерентное управление состоянием единичного спина в полупроводниковой квантовой точке возможно путем воздействия на этот спин пикосекундных импульсов циркулярно поляризованного лазерного излучения, что позволяет выполнить поворот вектора Блоха вокруг оси x (поворот этого вектора вокруг оси z осуществляется за счет ларморовской прецессии спина в магнитном поле), (см. рис.).

Комбинация трех так называемых эйлеровских поворотов (например, одного – вокруг оси z и двух – вокруг оси x) дает возможность выполнить произвольный поворот вектора Блоха, то есть произвольную операцию с кубитом. В работе [2] изменение состояния кубита осуществлялось посредством стимулированного рамановского адиабатического перехода (stimulated Raman adiabatic passage, STIRAP), суть которого заключается в нерезонансных переходах между двумя энергетическими уровнями при участии вспомогательного возбужденного уровня. Время одной операции (~ 10 пс) при этом на 5 порядков меньше характерного времени декогерентизации спина в квантовой точке (~ 1 мкс), что вполне достаточно для квантовых вычислений. Теперь нужно подумать, как использовать оптическую методику для реализации двухкубитных операций.

• 1. F.H.L.Koppens et al., Nature 442, 766 (2006)
• 2. D.Press et al., Nature 456, 218 (2008)