Sunnyvale, Καλιφόρνια – 26 Μαρτίου 2024 – NTT Research, Inc., τμήμα της NTT (TYO:9432), ανακοίνωσε σήμερα ότι επιστήμονες από την Εργαστήριο Φυσικής & Πληροφορικής (PHI). έχουν επιτύχει κβαντικό έλεγχο των κυματοσυναρτήσεων εξιτονίων σε δισδιάστατους (2D) ημιαγωγούς. Σε άρθρο που δημοσιεύτηκε στο Προκαταβολές Επιστήμη, μια ομάδα με επικεφαλής τον Ερευνητικό Επιστήμονα του PHI Lab Thibault Chervy και τον καθηγητή του ETH Zurich Puneet Murthy τεκμηρίωσαν την επιτυχία τους στην παγίδευση εξιτονίων σε διάφορες γεωμετρίες, συμπεριλαμβανομένων των κβαντικών κουκκίδων, και στον έλεγχό τους για την επίτευξη ανεξάρτητης ενεργειακής δυνατότητας συντονισμού σε κλιμακούμενες συστοιχίες.
Αυτή η ανακάλυψη επιτεύχθηκε στο PHI Lab σε συνεργασία με επιστήμονες από το ETH της Ζυρίχης, το Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ και το Εθνικό Ινστιτούτο Επιστήμης Υλικών στην Ιαπωνία. Τα εξιτόνια, τα οποία σχηματίζονται όταν ένα υλικό απορροφά φωτόνια, είναι ζωτικής σημασίας για εφαρμογές που κυμαίνονται από τη συλλογή φωτός και τη δημιουργία έως την κβαντική επεξεργασία πληροφοριών. Ωστόσο, η επίτευξη λεπτού ελέγχου της κβαντομηχανικής τους κατάστασης έχει μαστιστεί με ζητήματα επεκτασιμότητας λόγω περιορισμών στις υπάρχουσες τεχνικές κατασκευής. Ειδικότερα, ο έλεγχος της θέσης και της ενέργειας των κβαντικών κουκκίδων ήταν ένα σημαντικό εμπόδιο στην κλιμάκωση προς τις κβαντικές εφαρμογές. Αυτή η νέα εργασία ξεκλειδώνει δυνατότητες μηχανικής δυναμικής και αλληλεπιδράσεων εξιτονίων σε κλίμακα νανομέτρων, με επιπτώσεις για οπτοηλεκτρονικές συσκευές και κβαντική μη γραμμική οπτική.
Κβαντικές κουκκίδες, των οποίων η ανακάλυψη και η σύνθεση αναγνωρίστηκαν στο α Βραβείο Νόμπελ 2023, έχουν ήδη αναπτυχθεί σε οθόνες βίντεο επόμενης γενιάς, βιολογικούς δείκτες, κρυπτογραφικά σχήματα και αλλού. Ωστόσο, η εφαρμογή τους στον κβαντικό οπτικό υπολογισμό, επίκεντρο της ερευνητικής ατζέντας του PHI Lab, έχει περιοριστεί μέχρι στιγμής σε συστήματα πολύ μικρής κλίμακας. Σε αντίθεση με τους σημερινούς ψηφιακούς υπολογιστές που εκτελούν λογική Boole χρησιμοποιώντας πυκνωτές είτε για να μπλοκάρουν τα ηλεκτρόνια είτε για να τους επιτρέπουν να ρέουν, ο οπτικός υπολογιστής αντιμετωπίζει αυτήν την πρόκληση: τα φωτόνια, από τη φύση τους, δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους.
Αν και αυτή η δυνατότητα είναι χρήσιμη για οπτική επικοινωνία, περιορίζει σοβαρά τις υπολογιστικές εφαρμογές. Τα μη γραμμικά οπτικά υλικά προσφέρουν μία προσέγγιση, επιτρέποντας τη φωτονική σύγκρουση που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πηγή λογικής. (Μια άλλη ομάδα στο PHI Lab εστιάζει σε ένα τέτοιο υλικό, το νιοβικό λίθιο λεπτής μεμβράνης.) Η ομάδα με επικεφαλής τον Chervy εργάζεται σε ένα πιο θεμελιώδες επίπεδο. «Το ερώτημα που αντιμετωπίζουμε είναι βασικά πόσο μακριά μπορείτε να το προωθήσετε αυτό», είπε. «Αν είχατε ένα σύστημα όπου οι αλληλεπιδράσεις ή η μη γραμμικότητα θα ήταν τόσο ισχυρές που ένα φωτόνιο στο σύστημα θα εμπόδιζε τη διέλευση ενός δεύτερου φωτονίου, αυτό θα ήταν σαν μια λογική πράξη στο επίπεδο μεμονωμένων κβαντικών σωματιδίων, που σας βάζει στο πεδίο της κβαντικής επεξεργασίας πληροφοριών. Αυτό προσπαθήσαμε να πετύχουμε, παγιδεύοντας το φως μέσα σε περιορισμένες εξιτονικές καταστάσεις».
Τα βραχύβια εξιτόνια έχουν συστατικά ηλεκτρικά φορτία (ένα ηλεκτρόνιο και ένα ηλεκτρόνιο-οπή) που τα καθιστά καλούς μεσολαβητές στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των φωτονίων. Εφαρμογή ηλεκτρικών πεδίων για τον έλεγχο της κίνησης των εξιτονίων σε συσκευές ετεροδομής που διαθέτουν 2D νιφάδα ημιαγωγού (πάχους 0.7 νανόμετρα ή τρία άτομα), Chervy, Murthy, et al. επιδεικνύουν διαφορετικές γεωμετρίες συγκράτησης, όπως κβαντικές κουκκίδες και κβαντικούς δακτυλίους. Το πιο σημαντικό είναι ότι αυτές οι θέσεις περιορισμού σχηματίζονται σε ελεγχόμενες θέσεις και σε συντονίσιμες ενέργειες. «Η τεχνική σε αυτό το άρθρο δείχνει ότι μπορείτε να αποφασίσετε όπου θα παγιδεύσετε το exciton, αλλά και στην οποία ενέργεια θα παγιδευτεί», είπε ο Τσέρβι.
Η επεκτασιμότητα είναι μια άλλη σημαντική ανακάλυψη. «Θέλετε μια αρχιτεκτονική που μπορεί να επεκταθεί σε εκατοντάδες τοποθεσίες», είπε ο Chervy. «Γι’ αυτό το γεγονός ότι είναι ηλεκτρικά ελεγχόμενο είναι πολύ σημαντικό, γιατί ξέρουμε πώς να ελέγχουμε τις τάσεις σε μεγάλες κλίμακες. Για παράδειγμα, οι τεχνολογίες CMOS είναι πολύ καλές στον έλεγχο των τάσεων πύλης σε δισεκατομμύρια τρανζίστορ. Και η αρχιτεκτονική μας δεν διαφέρει στη φύση από ένα τρανζίστορ – απλώς διατηρούμε ένα καλά καθορισμένο δυναμικό τάσης σε μια μικρή μικρή διασταύρωση».
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι η εργασία τους ανοίγει πολλές νέες κατευθύνσεις, όχι μόνο για μελλοντικές τεχνολογικές εφαρμογές αλλά και για θεμελιώδη φυσική. «Έχουμε δείξει την ευελιξία της τεχνικής μας στον ηλεκτρικό ορισμό των κβαντικών κουκκίδων και δακτυλίων», δήλωσε η Jenny Hu, κύρια συν-συγγραφέας και Ph.D του Πανεπιστημίου Stanford. μαθητής (σε Η ερευνητική ομάδα του καθηγητή Tony Heinz). «Αυτό μας δίνει ένα άνευ προηγουμένου επίπεδο ελέγχου των ιδιοτήτων του ημιαγωγού σε νανοκλίμακα. Το επόμενο βήμα θα είναι να διερευνήσουμε βαθύτερα τη φύση του φωτός που εκπέμπεται από αυτές τις δομές και να βρούμε τρόπους ενσωμάτωσης τέτοιων δομών σε αρχιτεκτονικές φωτονικής αιχμής».
Εκτός από τη διεξαγωγή έρευνας σε σχεδόν σωματίδια και μη γραμμικά υλικά, οι επιστήμονες του PHI Lab ασχολούνται με εργασίες γύρω από τη συνεκτική μηχανή Ising (CIM), ένα δίκτυο οπτικών παραμετρικών ταλαντωτών που έχουν προγραμματιστεί να επιλύουν προβλήματα που έχουν αντιστοιχιστεί σε ένα μοντέλο Ising. Οι επιστήμονες του PHI Lab διερευνούν επίσης τη νευροεπιστήμη για τη συνάφειά της με νέα υπολογιστικά πλαίσια. Για την επιδίωξη αυτής της φιλόδοξης ατζέντας, το PHI Lab έχει συνάψει κοινές ερευνητικές συμφωνίες με το Τεχνολογικό Ινστιτούτο Καλιφόρνια (Caltech), το Πανεπιστήμιο Cornell, το Πανεπιστήμιο Χάρβαρντ, το Τεχνολογικό Ινστιτούτο Μασαχουσέτης (MIT), το Πανεπιστήμιο Notre Dame, το Πανεπιστήμιο Στάνφορντ, το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Swinburne , το Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Τόκιο και το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν. Το PHI Lab έχει επίσης συνάψει κοινή ερευνητική συμφωνία με το Ερευνητικό Κέντρο Ames της NASA στη Silicon Valley.
- SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
- πηγή: https://insidehpc.com/2024/03/ntt-research-phi-lab-scientists-achieve-quantum-control-of-excitons-in-2d-semiconductors/
