カリフォルニア州サニーベール – 26 年 2024 月 XNUMX 日 – NTTリサーチ株式会社NTT (TYO:9432) の一部門である、は本日、同社の科学者らが次のことを発表した。 物理情報学 (PHI) 研究室 らは、二次元 (2D) 半導体における励起子の波動関数の量子制御を達成しました。に掲載された記事で 科学の進歩、PHI研究所の研究員ティボー・シェルビー氏とETHチューリッヒ教授プニート・マーシー氏率いるチームは、量子ドットを含むさまざまな形状で励起子を捕捉し、スケーラブルなアレイ上で独立したエネルギー調整可能性を達成するように励起子を制御することに成功したことを文書化した。
この画期的な成果は、チューリッヒ工科大学、スタンフォード大学、日本の国立研究開発法人物質・材料研究機構の科学者らと協力して、PHI Lab で達成されました。材料が光子を吸収するときに形成される励起子は、光の収集および生成から量子情報処理に至るまでのアプリケーションにとって極めて重要です。しかし、量子力学的状態の微細な制御を実現するには、既存の製造技術の制限によりスケーラビリティの問題が発生します。特に、量子ドットの位置とエネルギーの制御は、量子アプリケーションへのスケールアップの大きな障害となってきました。この新しい研究は、光電子デバイスと量子非線形光学に影響を与える、ナノメートルスケールでの励起子のダイナミクスと相互作用のエンジニアリングの可能性を解き放ちます。
量子ドットは、その発見と合成が世界的に認められました。 2023年ノーベル賞、次世代ビデオディスプレイ、生物学的マーカー、暗号化スキームなどにすでに導入されています。しかし、PHI Lab の研究課題の焦点である量子光コンピューティングへのそれらの応用は、これまでのところ非常に小規模なシステムに限定されています。電子をブロックしたり電子を流したりするコンデンサを使用してブール論理を実行する今日のデジタル コンピューターとは対照的に、光コンピューティングはこの課題に直面しています。光子は本質的に相互作用しません。
この機能は光通信には便利ですが、計算アプリケーションは大幅に制限されます。非線形光学材料は、ロジックのリソースとして使用できるフォトニック衝突を可能にすることで、1 つのアプローチを提供します。 (PHI 研究所の別のグループは、そのような材料の 1 つである薄膜ニオブ酸リチウムに焦点を当てています。) Chervy が率いるチームは、より基礎的なレベルで研究しています。 「我々が取り組む問題は基本的に、これをどこまで推し進められるかということだ」と同氏は語った。 「相互作用や非線形性が非常に強く、システム内の 1 つの光子が 2 番目の光子の通過を妨げるシステムがある場合、それは単一量子粒子のレベルでの論理演算のようなものであり、量子情報処理の領域。これが、閉じ込められた励起子状態内に光を閉じ込めることで、私たちが達成しようとしたことです。」
短寿命の励起子は構成電荷 (電子と電子正孔) を持っているため、光子間の相互作用の優れた媒介者となります。電場を印加して、2D半導体フレーク（0.7ナノメートルまたは原子XNUMX個の厚さ）を特徴とするヘテロ構造デバイス上の励起子の動きを制御する、とChervy、Murthyらは発表した。量子ドットや量子リングなど、さまざまな閉じ込め構造を示します。最も重要なことは、これらの収容サイトは制御可能な位置と調整可能なエネルギーで形成されることです。 「この論文のテクニックは、あなたが決定できることを示しています。 コラボレー 励起子をトラップすることになりますが、 どのエネルギーで 閉じ込められてしまうだろう」とチャービー氏は語った。
スケーラビリティもまた画期的な点です。 「何百ものサイトにスケールアップできるアーキテクチャが必要です」と Chervy 氏は言います。 「私たちは大規模な電圧制御方法を知っているため、電気的に制御可能であるという事実が非常に重要です。たとえば、CMOS テクノロジーは、数十億個のトランジスタのゲート電圧を制御するのに非常に優れています。そして、私たちのアーキテクチャは本質的にはトランジスタと何ら変わりません。単に小さな接合部の両端に明確に定義された電位を維持しているだけです。」
研究者らは、自分たちの研究が将来の技術応用だけでなく、基礎物理学にもいくつかの新しい方向性を開くと信じている。 「私たちは量子ドットとリングを電気的に定義する技術の多用途性を示しました」と主共著者でスタンフォード大学博士のジェニー・フーは述べた。学生（ トニー・ハインツ教授の研究グループ）。 「これにより、半導体の特性をナノスケールで前例のないレベルで制御できるようになります。次のステップは、これらの構造から放出される光の性質をより深く調査し、そのような構造を最先端のフォトニクスアーキテクチャに統合する方法を見つけることです。」
PHI Lab の科学者は、準粒子や非線形材料の研究に加えて、イジング モデルにマッピングされた問題を解決するようにプログラムされた光パラメトリック発振器のネットワークであるコヒーレント イジング マシン (CIM) に関する研究にも取り組んでいます。 PHI Lab の科学者たちは、新しい計算フレームワークとの関連性について神経科学も研究しています。この野心的な課題を追求するために、PHI Lab はカリフォルニア工科大学 (Caltech)、コーネル大学、ハーバード大学、マサチューセッツ工科大学 (MIT)、ノートルダム大学、スタンフォード大学、スウィンバーン工科大学と共同研究協定を締結しました。 、東京工業大学、ミシガン大学。 PHI Lab は、シリコンバレーにある NASA エイムズ研究センターとも共同研究契約を締結しました。
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- 情報源： https://insidehpc.com/2024/03/ntt-research-phi-lab-scientists-achieve-quantum-control-of-excitons-in-2d-semiconductors/
