سانيفيل، كاليفورنيا – 26 مارس 2024 – NTT Research، Inc.أعلنت اليوم، وهي إحدى أقسام NTT TYO:9432، أن علماء من مختبر الفيزياء والمعلوماتية (PHI). لقد حققوا تحكمًا كميًا في وظائف موجة الإكسيتون في أشباه الموصلات ثنائية الأبعاد (2D). في مقال نشر في علم السلف، قام فريق بقيادة عالم أبحاث مختبر PHI Thibault Chervy والبروفيسور Puneet Murthy من ETH Zurich بتوثيق نجاحهم في محاصرة الإكسيتونات في مختلف الأشكال الهندسية، بما في ذلك النقاط الكمومية، والتحكم فيها لتحقيق ضبط مستقل للطاقة عبر صفائف قابلة للتطوير.
تم تحقيق هذا الإنجاز في مختبر PHI بالتعاون مع علماء من ETH Zurich، وجامعة ستانفورد، والمعهد الوطني لعلوم المواد في اليابان. تعتبر الإكسيتونات، التي تتشكل عندما تمتص المادة الفوتونات، ضرورية لتطبيقات تتراوح من حصاد الضوء وتوليده إلى معالجة المعلومات الكمومية. ومع ذلك، فإن تحقيق التحكم الدقيق في حالتها الميكانيكية الكمومية كان يعاني من مشكلات قابلية التوسع بسبب القيود في تقنيات التصنيع الحالية. وعلى وجه الخصوص، كان التحكم في موضع النقاط الكمومية وطاقتها عائقًا كبيرًا أمام التوسع في التطبيقات الكمومية. يفتح هذا العمل الجديد إمكانيات هندسة ديناميكيات وتفاعلات الإكسيتون على مقياس النانومتر، مع ما يترتب على ذلك من آثار على الأجهزة الإلكترونية الضوئية والبصريات الكمومية غير الخطية.
النقاط الكمومية، التي تم التعرف على اكتشافها وتركيبها في أ جائزة نوبل 2023، تم نشرها بالفعل في شاشات عرض الفيديو من الجيل التالي، والعلامات البيولوجية، ومخططات التشفير، وأماكن أخرى. ومع ذلك، فإن تطبيقها على الحوسبة الضوئية الكمومية، وهو محور جدول أعمال أبحاث مختبر PHI، كان يقتصر حتى الآن على أنظمة صغيرة الحجم جدًا. وعلى النقيض من أجهزة الكمبيوتر الرقمية الحالية التي تقوم بالمنطق البولياني باستخدام المكثفات إما لمنع الإلكترونات أو السماح لها بالتدفق، تواجه الحوسبة الضوئية هذا التحدي: الفوتونات، بطبيعتها، لا تتفاعل مع بعضها البعض.
وفي حين أن هذه الميزة مفيدة للاتصالات البصرية، إلا أنها تحد بشدة من التطبيقات الحسابية. تقدم المواد البصرية غير الخطية نهجًا واحدًا، من خلال تمكين الاصطدام الضوئي الذي يمكن استخدامه كمورد للمنطق. (تركز مجموعة أخرى في مختبر PHI على إحدى هذه المواد، وهي نيوبات الليثيوم ذات الأغشية الرقيقة). ويعمل الفريق بقيادة تشيرفي على مستوى أكثر جوهرية. وقال: "السؤال الذي نتناوله هو في الأساس إلى أي مدى يمكنك دفع هذا الأمر". "إذا كان لديك نظام تكون فيه التفاعلات أو اللاخطية قوية جدًا بحيث يمنع فوتون واحد في النظام مرور فوتون ثانٍ، فسيكون ذلك بمثابة عملية منطقية على مستوى الجسيمات الكمومية المفردة، والتي تضعك في مجال معالجة المعلومات الكمومية. وهذا ما حاولنا تحقيقه، وهو محاصرة الضوء ضمن حالات مثيرة محصورة.
تحتوي الإكسيتونات قصيرة العمر على شحنات كهربائية مكونة (إلكترون وثقب إلكترون) مما يجعلها وسطاء جيدين للتفاعلات بين الفوتونات. تطبيق المجالات الكهربائية للتحكم في حركة الإكسيتونات على الأجهزة ذات البنية المتغايرة التي تتميز برقائق أشباه الموصلات ثنائية الأبعاد (بسمك 2 نانومتر أو ثلاث ذرات)، Chervy, Murthy, et al. إظهار الأشكال الهندسية المختلفة للاحتواء، مثل النقاط الكمومية والحلقات الكمومية. والأهم من ذلك، أن مواقع الاحتواء هذه تتشكل في مواقع يمكن التحكم فيها وطاقات قابلة للضبط. "تُظهر التقنية الواردة في هذه الورقة أنه يمكنك اتخاذ القرار أين سوف تحبس الإكسيتون، ولكن أيضًا فيها الطاقة قال تشيرفي: “سوف يُحاصر”.
تعد قابلية التوسع إنجازًا آخر. قال تشيرفي: "أنت تريد بنية يمكن أن تصل إلى مئات المواقع". "ولهذا السبب فإن حقيقة إمكانية التحكم فيه كهربائيًا أمر مهم للغاية، لأننا نعرف كيفية التحكم في الفولتية على نطاقات كبيرة. على سبيل المثال، تعد تقنيات CMOS جيدة جدًا في التحكم في جهد البوابة على مليارات الترانزستورات. وبنيتنا لا تختلف بطبيعتها عن الترانزستور، فنحن نحتفظ فقط بجهد كهربائي محدد جيدًا عبر تقاطع صغير جدًا.
ويعتقد الباحثون أن عملهم يفتح عدة اتجاهات جديدة، ليس فقط للتطبيقات التكنولوجية المستقبلية ولكن أيضًا للفيزياء الأساسية. قالت جيني هو، المؤلفة المشاركة الرئيسية والحاصل على درجة الدكتوراه من جامعة ستانفورد: "لقد أظهرنا تنوع تقنيتنا في تحديد النقاط والحلقات الكمومية كهربائيًا". طالب (في مجموعة أبحاث البروفيسور توني هاينز). "وهذا يمنحنا مستوى غير مسبوق من التحكم في خصائص أشباه الموصلات على المستوى النانوي. وستكون الخطوة التالية هي إجراء تحقيق أعمق في طبيعة الضوء المنبعث من هذه الهياكل وإيجاد طرق لدمج هذه الهياكل في أبنية الضوئيات المتطورة.
بالإضافة إلى إجراء الأبحاث على أشباه الجسيمات والمواد غير الخطية، يشارك علماء مختبر PHI في العمل المحيط بآلة Ising المتماسكة (CIM)، وهي شبكة من المذبذبات البارامترية البصرية المبرمجة لحل المشكلات المعينة لنموذج Ising. يقوم علماء مختبر PHI أيضًا باستكشاف علم الأعصاب من حيث صلته بالأطر الحسابية الجديدة. سعيًا لتحقيق هذه الأجندة الطموحة، توصل مختبر PHI إلى اتفاقيات بحثية مشتركة مع معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (Caltech)، وجامعة كورنيل، وجامعة هارفارد، ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT)، وجامعة نوتردام، وجامعة ستانفورد، وجامعة سوينبيرن للتكنولوجيا. ومعهد طوكيو للتكنولوجيا، وجامعة ميشيغان. كما أبرم مختبر PHI اتفاقية بحثية مشتركة مع مركز أبحاث أميس التابع لناسا في وادي السيليكون.
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://insidehpc.com/2024/03/ntt-research-phi-lab-scientists-achieve-quantum-control-of-excitons-in-2d-semiconductors/
