Sunnyvale, קליפורניה - 26 במרץ 2024 - NTT Research, Inc., חטיבה של NTT (TYO:9432), הודיעה היום כי מדענים ממנה מעבדת פיזיקה ואינפורמטיקה (PHI). השיגו שליטה קוונטית של פונקציות גלי אקציטון במוליכים למחצה דו מימדיים (2D). במאמר שפורסם ב התקדמות מדע, צוות בראשות מדען המחקר של מעבדת PHI Thibault Chervy ופרופסור פונה מורתי של ETH ציריך תיעד את הצלחתם בלכידת אקסיטונים בגיאומטריות שונות, כולל נקודות קוונטיות, ולשלוט בהן כדי להשיג כוונון אנרגיה עצמאי על פני מערכים ניתנים להרחבה.
פריצת דרך זו הושגה במעבדת PHI בשיתוף עם מדענים מ-ETH ציריך, אוניברסיטת סטנפורד והמכון הלאומי למדעי החומרים ביפן. אקסיטונים, הנוצרים כאשר חומר סופג פוטונים, חיוניים ליישומים החל מקצירת אור והפקה ועד לעיבוד מידע קוונטי. עם זאת, השגת שליטה עדינה על המצב המכאני הקוונטי שלהם נגועה בבעיות מדרגיות עקב מגבלות בטכניקות הייצור הקיימות. במיוחד, השליטה על המיקום והאנרגיה של נקודות קוונטיות היוותה מכשול גדול להתרחבות לקראת יישומים קוונטיים. עבודה חדשה זו פותחת אפשרויות להנדסת דינמיקה של אקציטון ואינטראקציות בקנה מידה ננומטרי, עם השלכות על מכשירים אופטו-אלקטרוניים ואופטיקה קוונטית לא-לינארית.
נקודות קוונטיות, שגילוין וסינתזה שלהן הוכרו ב-a פרס נובל לשנת 2023, כבר נפרסו בתצוגות וידאו של הדור הבא, סמנים ביולוגיים, תוכניות הצפנה ובמקומות אחרים. היישום שלהם למחשוב אופטי קוונטי, מוקד סדר היום המחקרי של מעבדת PHI, הוגבל עד כה למערכות בקנה מידה קטן מאוד. בניגוד למחשבים הדיגיטליים של ימינו המבצעים לוגיקה בוליאנית באמצעות קבלים כדי לחסום אלקטרונים או לאפשר להם לזרום, מחשוב אופטי עומד בפני אתגר זה: פוטונים, מטבעם, אינם מקיימים אינטראקציה זה עם זה.
אמנם תכונה זו שימושית לתקשורת אופטית, אך היא מגבילה מאוד יישומים חישוביים. חומרים אופטיים לא ליניאריים מציעים גישה אחת, על ידי הפעלת התנגשות פוטונית שיכולה לשמש כמשאב ללוגיקה. (קבוצה אחרת במעבדת PHI מתמקדת בחומר אחד כזה, ליתיום ניובאט סרט דק.) הצוות בראשות Chervy עובד ברמה בסיסית יותר. "השאלה שאנו מתייחסים אליה היא בעצם כמה רחוק אתה יכול לדחוף את זה", אמר. "אם הייתה לך מערכת שבה האינטראקציות או האי-לינאריות היו כל כך חזקות שפוטון אחד במערכת יחסום מעבר של פוטון שני, זה היה כמו פעולה לוגית ברמה של חלקיקים קוונטיים בודדים, שמכניסה אותך לתוך תחום עיבוד המידע הקוונטי. זה מה שניסינו להשיג, לכידת אור בתוך מצבים אקציטוניים מוגבלים."
לאקסיטונים קצרי מועד יש מטענים חשמליים מרכיבים (אלקטרון וחור אלקטרוני) מה שהופך אותם למתווכים טובים של אינטראקציות בין פוטונים. הפעלת שדות חשמליים כדי לשלוט בתנועת האקסיטונים במכשירים הטרוסטוניים הכוללים פתית מוליכים למחצה דו-ממדיים (עובי 2 ננומטר או שלושה אטומים), Chervy, Murthy, et al. להדגים גיאומטריות שונות של בלימה, כגון נקודות קוונטיות וטבעות קוונטיות. באופן משמעותי ביותר, אתרי הבלימה הללו נוצרים בעמדות הניתנות לשליטה ובאנרגיות הניתנות לכיוון. "הטכניקה במאמר זה מראה שאתה יכול להחליט איפה אתה תלכוד את התרגשות, אבל גם באיזו אנרגיה זה יילכד, "אמר צ'רבי.
מדרגיות היא פריצת דרך נוספת. "אתה רוצה ארכיטקטורה שיכולה להגדיל עד מאות אתרים", אמר צ'רבי. "זו הסיבה שהעובדה שהוא ניתן לשליטה חשמלית היא מאוד חשובה, כי אנחנו יודעים לשלוט במתחים בקנה מידה גדול. לדוגמה, טכנולוגיות CMOS טובות מאוד בשליטה על מתחי שער על מיליארדי טרנזיסטורים. והארכיטקטורה שלנו אינה שונה בטבעה מטרנזיסטור - אנחנו פשוט שומרים על פוטנציאל מתח מוגדר היטב על פני צומת קטנטן".
החוקרים מאמינים שעבודתם פותחת כמה כיוונים חדשים, לא רק ליישומים טכנולוגיים עתידיים אלא גם לפיזיקה בסיסית. "הראינו את הרבגוניות של הטכניקה שלנו בהגדרת נקודות וטבעות קוונטיות באופן חשמלי", אמרה ג'ני הו, מחברת שותפה ראשית ודוקטורט באוניברסיטת סטנפורד. תלמיד (ב קבוצת המחקר של פרופסור טוני היינץ). "זה נותן לנו רמה חסרת תקדים של שליטה על המאפיינים של המוליך למחצה בקנה מידה ננו. השלב הבא יהיה לחקור לעומק את אופי האור הנפלט ממבנים אלה ולמצוא דרכים לשילוב מבנים כאלה בארכיטקטורות פוטוניקה חדשניות".
בנוסף לעריכת מחקר על מעין-חלקיקים וחומרים לא ליניאריים, מדעני מעבדת PHI עוסקים בעבודה סביב מכונת Ising הקוהרנטית (CIM), רשת של מתנדים פרמטריים אופטיים שתוכנתו לפתור בעיות הממופות למודל של Ising. מדעני מעבדת PHI בוחנים גם את מדעי המוח על הרלוונטיות שלו למסגרות חישוביות חדשות. במרדף אחר סדר היום השאפתני הזה, מעבדת PHI הגיעה להסכמי מחקר משותפים עם המכון הטכנולוגי של קליפורניה (Caltech), אוניברסיטת קורנל, אוניברסיטת הרווארד, המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT), אוניברסיטת נוטרדאם, אוניברסיטת סטנפורד, אוניברסיטת סווינבורן לטכנולוגיה. , המכון הטכנולוגי של טוקיו ואוניברסיטת מישיגן. מעבדת PHI חתמה גם על הסכם מחקר משותף עם מרכז המחקר איימס של נאס"א בעמק הסיליקון.
- הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
- PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
- PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
- מקור: https://insidehpc.com/2024/03/ntt-research-phi-lab-scientists-achieve-quantum-control-of-excitons-in-2d-semiconductors/
