Квантовый узел памяти на основе полупроводниковой двойной квантовой точки в оптическом резонаторе с лазерным управлением

Предложена и проанализирована концепция квантового узла, состоящего из кубита памяти и частотного конвертора. Кубит памяти представлен полупроводниковой четырехуровневой двойной квантовой точкой (ДКТ), помещенной в оптический микрорезонатор (МР). ДКТ содержит один электрон в квантованной части зоны проводимости, а МР может заселяться некоторым числом фотонов. Для управления состоянием ДКТ и МР используются лазерные и электростатические поля. Различие между телекоммуникационной частотой фотона (транспортного кубита), подводимого к системе через волновод, и частотой электронного перехода в ДКТ компенсируется с помощью вспомогательного элемента – частотного конвертора на основе одиночной КТ. Такой дизайн позволяет контролировать электрон-фотонное состояние гибридной системы за счет надлежащего варьирования параметров полей, а также делает возможным переключение между резонансным и нерезонансным режимами взаимодействия ДКТ и МР. В качестве примера была исследована GaAs-ДКТ, помещенная в микродисковый МР. Разработана методика численного моделирования оптического спектра микродискового МР с дополнительным слоем (ДС), нанесенным на его поверхность. На основе данной методики было исследовано влияние ДС на свойства собственной моды МР и показана возможность подстройки ее частоты к частоте электронного перехода в КТ путем нанесения ДС на поверхность диска.