Квантовый скачок или прыжки на месте?

Ушедший июнь был ознаменован сообщением о создании так называемого "квантового дисплея". Месяцем ранее заявлялось о квантовой революции в телекоммуникациях. Разберёмся, что стоит за этими реляциями и каковы перспективы квантовых технологий применительно к сфере IT.

Речь идёт о сообщении американской компании QD Vision, что с 2004 года занимается созданием дисплея, построенного с использованием так называемых квантовых точек (quantum dots). Основатели компании, учёные из Массачусетского Технологического Института, имеют большой опыт в исследовании квантовых точек и владеют рядом патентов по этой тематике. Так что вопрос о доверии к этим разработчикам пока не стоит.

6 июня 2006 г. QD Vision сообщила о создании "первого в мире дисплея на квантовых точках". Пока это небольшой монохромный экран, излучающий красное свечение. Разрешение дисплея - 32 х 64 пикселя, толщина - 1,6 мм, о диагонали пока ни слова. Сообщается лишь, что габариты новинки сопоставимы с размерами экрана мобильника. Раствор, содержащий квантовые точки, заключён между двумя пластинами, на которые нанесены управляющие электроды.

Излучение генерируется квантовыми точками размером около 5 нанометров, из чего и вытекает монохромность дисплея. Новинка не требует подсветки - это в QD Vision считают очень сильным преимуществом по сравнению с ЖК-дисплеями. Ведь, кроме пониженного энергопотребления, квантовый экран может отображать истинно чёрный цвет, так и не ставший доступным жидкокристаллическим моделям. Не менее важно, что покрываемый спектр излучения гораздо шире того, что воспроизводят все ныне существующие дисплеи. Например, по сравнению с обычным телевизором, квантовые дисплеи "богаче цветом" на 30 процентов.

Этот параметр косвенно влияет и на контрастность изображения, которая у квантовых дисплеев обещает быть самой лучшей на рынке. Наконец, излучение квантовой точки определённого размера очень стабильно, т.е., длина его волны располагается в узкой области спектра. Говоря иначе, КТ излучает очень чистый цвет, поэтому от будущих КТ-дисплеев можно ожидать отличной цветопередачи. Остаётся только решить проблему регулировки длины волны - и можно будет говорить о 72-битном цвете, а то и о большей разрядности, хватило бы адресного пространства.

Впрочем, основатели компании не торопятся с выводами. По их мнению, монохромный КТ-дисплей, пригодный для коммерческого производства, появится не ранее, чем через четыре года. А уж создания полноцветного КТ-экрана следует ждать гораздо дольше. Нужно отметить, что в этом случае квантовые дисплеи могут просто не найти себе места на рынке. Ведь основной их конкурент, дисплей на органических светодиодах (OLED) уже ступил на тропу массового производства.

Cегодня ситуация такова, что для достижения финансового успеха выводить товар на рынок порой необязательно. В комментарии к статье о QD Vision, опубликованной в МИТовском издании Technology Review, некий читатель уже поинтересовался, торгуются ли акции QD Vision на бирже. Будем надеяться, что специалисты QD Vision действительно сконструируют дисплей будущего, а не ограничатся громким IPO.

Хотя QD Vision пока единственный создатель квантовых дисплеев, коммерциализацией квантовых точек занимаются и другие компании. Так, японские корпорации Fujitsu и Mitsui в апреле учредили совместное предприятие QD Lasers, Inc., которое займётся созданием коммуникационных лазеров на основе КТ. В состав нового предприятия вошли специалисты Токийского университета, которые ещё в 2004 году продемонстрировали КТ-лазер, способный передавать данные на скорости в 10 Гбит/с. Излучатель структурой напоминает сэндвич, в котором слои арсенида галлия чередуется со слоями арсенида индия с инкорпорированными в последние квантовыми точками. Была отмечена высокая стабильность излучения и приемлемые температурные характеристики устройства – от 20 до 80 градусов Цельсия.

Стоит напомнить, что важнейшей характеристикой лазерного излучения является его когерентность, иными словами - строго определённая длина волны. У квантовых точек с этим всё в порядке, а стоимость производства КТ не идёт ни в какое сравнение с ценой сборки лазера. Кстати, квантовые лазеры уже устанавливаются в приборы массового потребления. Как можно догадаться, это оптические дисководы следующего поколения (как Blu-ray, так и HD-DVD). Создание компактного синего лазера до недавних пор было просто невозможно - пока не был найден способ конструирования лазеров на базе КТ.

Другая область применения квантовых точек в сфере оптоэлектроники (если ограничиваться рубрикой "Видео") - это создание высокоэффективных светочувствительных элементов. Так, сотрудники Лос-Аламосской национальной лаборатории обнаружили, что КТ может генерировать до трёх электронов в ответ на один падающий фотон. А существующие сегодня солнечные батареи вырабатывают один электрон с одного фотона, остальная энергия рассеивается в виде тепла. Таким образом, КПД солнечных батарей может быть повышен с текущих 20-30% до 42 процентов. В этой работе, кстати, участвовали и наши соотечественники - Владимир Агранович и Виктор Климов.

Продолжая тему оптоэлектроники, нельзя не упомянуть об эксперименте Майкла Боуэрса из Университета Вандербильта. Вкратце передать суть эксперимента можно следующими словами: при освещении массива КТ на основе кадмия и селена светом из сине-фиолетовой части спектра, квантовые точки начинают испускать жёлтое свечение. Тут уже недалеко и до оптического транзистора – или трансформатора. Сконструированное по этому принципу устройство - чем бы оно ни было - несомненно, найдёт применение в оптических вычислительных системах.