Журнал «Компьютерра» № 24 от 28 июня 2005 года

Теоретикам помог суперкомпьютер, который позволил непосредственно, что называется «из первых принципов», смоделировать поведение тысяч атомов квантовой точки. Расчеты прекрасно описали хорошо известные эффекты. Внедрение в полупроводник квантовых точек позволяет увеличить ширину его запрещенной зоны, то есть энергию, которую надо придать электрону, чтобы он сорвался с насиженного места и «влился» в электрический ток (эта характеристика определяет, например, цвет полупроводникового диода или лазера). И чем меньше размеры квантовой точки, тем больше ширина запрещенной зоны. В то же время квантовые точки заметно ослабляют диэлектрические свойства полупроводника, которые описывают влияние электронов и дырок друг на друга. Расчеты показали, что локальные диэлектрические свойства внутри квантовой точки точно такие же, как и в сплошном материале. А все изменения свойств полупроводников тесно связаны с квантовыми эффектами на поверхности квантовой точки. Ученым удалось предложить простую модель, которая хорошо описывает результаты долгих вычислений.

Теперь у инженеров и технологов есть новый мощный инструмент для расчетов, и можно надеяться, что вскоре мы сможем воспользоваться преимуществами полупроводниковых устройств, изготовленных по новой технологии. – Г.А.

Выходи по одному!

Важный шаг на пути к массовому производству систем квантовой криптографии сделали в Кембриджском исследовательском центре корпорации Toshiba. На ежегодной конференции по квантовой электронике и лазерной технике в Балтиморе ученые впервые продемонстрировали фотодиод, излучающий фотоны строго по одному.

Для квантового шифрования необходимо, чтобы каждый бит передаваемой по оптическому волокну информации кодировался состоянием только одного фотона. Лишь в этом случае квантовый шифр принципиально невозможно вскрыть. Сегодня однофотонные источники получают путем многократного ослабления лазерных импульсов. Но излучение лазера и последующее поглощение львиной доли фотонов – процесс стохастический, и несмотря на все ухищрения полной гарантии, что излучился один фотон, а не два, все равно нет. Кроме того, лазерные системы дороги и требуют точной настройки. Только специально разработанный источник одиночных фотонов сможет кардинально решить проблему.

Над его созданием ученые работают уже несколько лет, но лишь сейчас удалось изготовить недорогой, функционирующий при комнатной температуре и пригодный для массового производства однофотонный излучатель. В его основе обычный фотодиод из арсенида галлия, в который добавлен слой квантовых точек – специальных кластеров из нескольких тысяч молекул арсенида индия. Квантовые точки столь малы, что ведут себя подобно обычным атомам, а это значит, что при подходящем возбуждении они излучают фотоны поштучно. Свойства диода и ток, проходящий через него, подобраны так, что электроны и дырки в полупроводнике рекомбинируют и излучают фотоны только на квантовых точках, причем так, чтобы в каждый момент излучала только одна из них.

Новый диод излучает на обычной для существующих оптических сетей длине волны 1,3 мкм и способен передавать по волокну до одного мегабита квантовой информации в секунду. Авторы уверены, что уже в ближайшие два-три года удастся наладить массовое производство дешевых однофотонных диодов. – Г.А.

Луна-PаRк

Резвый старт взял новый директор NASA Майкл Гриффин (Michael Griffin), заступивший на этот пост в апреле. В течение первых двух месяцев его руководства космическое ведомство Америки испытало поистине космические перегрузки, вызванные стремлением Гриффина как можно скорее осуществить свою давнюю мечту – возвратиться на Луну и приступить к пилотируемым полетам на Марс.

Весьма символично новый курс космического агентства обозначила самая крупная кадровая перестановка, произошедшая за это время на капитанском мостике NASA. Вместо отставного адмирала Крэйга Стейдла (Craig Steidle) главой отдела космических исследований временно назначен сотрудник Джонсоновского центра Дуг Кук (Doug Cooke), долгое время возглавлявший работы по изучению Луны и Марса. Собираются в отставку также шеф по науке Эл Диаз (Al Diaz), отдавший агентству больше сорока лет, и администратор полетов Билл Ридди (Bill Readdy), чьи полномочия истекают после возобновления стартов шаттлов.