“迈出量子计算机的第一步”，东京大学采用GaN类量子点使单一光子源在室温下工作

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日本东京大学纳米电子研究机构宣布，采用可进行位置控制的GaN类纳米线量子点，在室温下成功生成了单一光子。单一光子源是让单个光子承载信息进行量子信息处理的重要元件之一。该机构这样定位此次的成果：“向能发挥飞跃性计算能力的量子计算机的实用化迈出了第一步”（该机构主任、东京大学生产技术研究所教授荒川泰彦）。

GaN纳米线量子点图。（a）为扫描型电子显微镜图，（b）为透射型电子显微镜下的量子点部分透射图，（c）为量子点纳米线概念图

已进行位置控制的GaN类纳米线量子点的形成技术

要使这项成果在量子信息处理用途上达到实用水平，必须有采用量子点的单一光子源，这些单一光子源要同时具备三个条件：“可在室温下工作”、“能进行位置控制”和“用普及材料实现”。第一个条件如果无法在室温下工作，就需要使用大型冷却装置。关于第二个条件，集成多个元件制作电路时，必须进行位置控制。而第三个条件——利用普及材料来实现，也对量子计算机的实用化十分重要。

以前也出现过可在室温下工作或能够进行位置控制的采用量子点的单一光子源。但开发出同时具备上述三项条件的单一光子源“尚属首次”（荒川）。其工作温度为300K（27℃）。使用的材料是广泛用于蓝色LED及功率元件的GaN（氮化镓）。

此次通过开发新型GaN类纳米线量子点形成技术，实现了位置控制。具体做法如下：首先在蓝宝石基板上层叠AlN膜和SiO2膜。然后采用电子束蚀刻技术，在打算形成GaN类纳米线量子点的位置去掉SiO2膜，以形成直径25n～100nm左右的开口部。此时该部分的AlN就会暴露出来。接下来再采用MOCVD法，在开口部选择性生长GaN。最后会形成高1μm左右的纳米线状GaN，这样便可在其顶端制作GaN类量子点。这种量子点具有很高的品质，可获得顶部锋利的清晰发光光谱。

据东京大学介绍，除了量子计算机之外，此次的技术还适合应用于实现通信安全的量子密码通信领域。（作者：田中 直树，日经技术在线！供稿）