Саннівейл, Каліфорнія – 26 березня 2024 р. – NTT Research, Inc., підрозділ NTT (TYO:9432), сьогодні оголосив, що вчені з його Лабораторія фізики та інформатики (PHI). досягли квантового контролю хвильових функцій екситонів у двовимірних (2D) напівпровідниках. У статті, опублікованій в Наука розвивається, команда під керівництвом дослідника лабораторії PHI Тібо Черві та професора ETH Zurich Puneet Murthy задокументувала свій успіх у захопленні екситонів у різних геометріях, включаючи квантові точки, та керуванні ними для досягнення незалежної настроюваності енергії в масштабованих масивах.

Цей прорив був досягнутий у лабораторії PHI у співпраці з вченими з ETH Zurich, Стенфордського університету та Національного інституту матеріалознавства в Японії. Екситони, які утворюються, коли матеріал поглинає фотони, мають вирішальне значення для різноманітних застосувань, починаючи від збору та генерації світла та закінчуючи квантовою обробкою інформації. Однак досягнення точного контролю над їхнім квантово-механічним станом стикається з проблемами масштабованості через обмеження існуючих методів виготовлення. Зокрема, контроль над положенням та енергією квантових точок був основною перешкодою для розширення квантових програм. Ця нова робота розкриває можливості для розробки динаміки та взаємодії екситонів у нанометровому масштабі з наслідками для оптоелектронних пристроїв і квантової нелінійної оптики.

 Квантові точки, відкриття та синтез яких були визнані в Нобелівська премія 2023 року, вже розгорнуто у відеодисплеях наступного покоління, біологічних маркерах, криптографічних схемах тощо. Однак їхнє застосування для квантових оптичних обчислень, що є предметом дослідницької програми лабораторії PHI, досі обмежувалося системами дуже малого масштабу. На відміну від сучасних цифрових комп’ютерів, які виконують булеву логіку за допомогою конденсаторів, щоб блокувати електрони або дозволяти їм протікати, оптичні обчислення стикаються з цією проблемою: фотони за своєю природою не взаємодіють один з одним.

Хоча ця функція корисна для оптичного зв’язку, вона сильно обмежує обчислювальні програми. Нелінійні оптичні матеріали пропонують один підхід, уможливлюючи фотонні зіткнення, які можна використовувати як ресурс для логіки. (Інша група в лабораторії PHI зосереджується на одному з таких матеріалів, тонкоплівковому ніобаті літію.) Команда під керівництвом Черві працює на більш фундаментальному рівні. «Питання, яке ми розглядаємо, в основному полягає в тому, наскільки далеко ви можете просунути це», - сказав він. «Якби у вас була система, де взаємодія або нелінійність були б настільки сильними, що один фотон у системі блокував би проходження другого фотона, це було б схоже на логічну операцію на рівні окремих квантових частинок, яка ставить вас у сфера квантової обробки інформації. Це те, чого ми намагалися досягти, вловлюючи світло в обмежених екситонних станах».

 Короткоживучі екситони мають складові електричні заряди (електрон і електрон-дірка), що робить їх хорошими посередниками взаємодії між фотонами. Застосовуючи електричні поля для керування рухом екситонів на гетероструктурних пристроях, які мають двовимірну напівпровідникову луску (2 нанометра або три атоми товщиною), Черві, Мурті та ін. продемонструвати різні геометрії утримання, такі як квантові точки та квантові кільця. Найважливіше те, що ці зони стримування формуються в контрольованих положеннях і налаштовуються енергії. «Техніка в цьому документі показує, що ви можете вирішити де ви захопите екситон, але також при якій енергії він потрапить у пастку, — сказав Черві.

 Масштабованість – ще один прорив. «Вам потрібна архітектура, яка може масштабуватися до сотень сайтів», — сказав Черві. «Ось чому той факт, що він електрично керований, дуже важливий, оскільки ми знаємо, як контролювати напругу у великих масштабах. Наприклад, технології CMOS дуже добре контролюють напругу на затворі мільярдів транзисторів. І наша архітектура за своєю природою нічим не відрізняється від транзистора – ми просто підтримуємо чітко визначений потенціал напруги на крихітному маленькому переході».

 Дослідники вважають, що їхня робота відкриває кілька нових напрямків не лише для майбутніх технологічних застосувань, але й для фундаментальної фізики. «Ми продемонстрували універсальність нашої техніки в електричному визначенні квантових точок і кілець», — сказала Дженні Ху, основний співавтор і доктор філософії Стенфордського університету. студент (в Дослідницька група професора Тоні Хайнца). «Це дає нам безпрецедентний рівень контролю над властивостями напівпровідника на нанорозмірі. Наступним кроком буде глибше дослідження природи світла, випромінюваного цими структурами, і пошук способів інтеграції таких структур у передові фотонічні архітектури».

 На додаток до проведення досліджень квазічастинок і нелінійних матеріалів, науковці PHI Lab займаються роботою навколо когерентної машини Ізінга (CIM), мережі оптичних параметричних осциляторів, запрограмованих для вирішення проблем, відображених у моделі Ізінга. Вчені лабораторії PHI також досліджують нейронауку на предмет її відповідності новим обчислювальним структурам. Виконуючи цю амбітну програму, лабораторія PHI уклала угоди про спільні дослідження з Каліфорнійським технологічним інститутом (Caltech), Корнельським університетом, Гарвардським університетом, Массачусетським технологічним інститутом (MIT), Університетом Нотр-Дам, Стенфордським університетом, Технологічним університетом Свінберна , Токійського технологічного інституту та Мічиганського університету. Лабораторія PHI також уклала угоду про спільні дослідження з дослідницьким центром Еймса NASA в Силіконовій долині.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://insidehpc.com/2024/03/ntt-research-phi-lab-scientists-achieve-quantum-control-of-excitons-in-2d-semiconductors/