캘리포니아주 서니베일 – 26년 2024월 XNUMX일 – NTT 리서치, NTT(TYO:9432)의 한 부서는 오늘 자사의 과학자들이 다음과 같이 발표했습니다. 물리정보학(PHI) 연구실 2차원(XNUMXD) 반도체에서 엑시톤 파동함수의 양자 제어를 달성했습니다. 에 게재된 기사에서 과학의 발전PHI 연구소 연구 과학자 Thibault Chervy와 ETH 취리히 교수 Puneet Murthy가 이끄는 팀은 양자점을 포함한 다양한 기하학에서 엑시톤을 포획하고 이를 제어하여 확장 가능한 어레이에서 독립적인 에너지 조정 가능성을 달성하는 데 성공한 사례를 기록했습니다.

이 획기적인 성과는 취리히 공과대학(ETH Zurich), 스탠포드 대학교, 일본 국립재료과학연구소(National Institute for Materials Science)의 과학자들과 협력하여 PHI 연구소에서 달성되었습니다. 물질이 광자를 흡수할 때 형성되는 엑시톤은 광 수확 및 생성부터 양자 정보 처리에 이르는 응용 분야에 매우 중요합니다. 그러나 양자역학적 상태를 미세하게 제어하는 ​​것은 기존 제조 기술의 한계로 인해 확장성 문제로 어려움을 겪었습니다. 특히, 양자점의 위치와 에너지에 대한 제어는 양자 응용 분야로의 확장에 큰 장애가 되어 왔습니다. 이 새로운 연구는 광전자 장치 및 양자 비선형 광학에 영향을 미치면서 나노미터 규모의 엑시톤 역학 및 상호 작용 엔지니어링 가능성을 열어줍니다.

 발견과 합성이 인정된 양자점 2023년 노벨상, 차세대 비디오 디스플레이, 생물학적 마커, 암호화 체계 및 기타 분야에 이미 배포되었습니다. 그러나 PHI 연구소 연구 의제의 초점인 양자 광학 컴퓨팅에 대한 적용은 지금까지 매우 소규모 시스템으로 제한되었습니다. 전자를 차단하거나 전자의 흐름을 허용하기 위해 커패시터를 사용하여 부울 논리를 수행하는 오늘날의 디지털 컴퓨터와 달리 광학 컴퓨팅은 다음과 같은 과제에 직면해 있습니다. 광자는 본질적으로 서로 상호 작용하지 않습니다.

이 기능은 광통신에 유용하지만 계산 응용 프로그램을 심각하게 제한합니다. 비선형 광학 재료는 논리 자원으로 사용할 수 있는 광자 충돌을 활성화함으로써 한 가지 접근 방식을 제공합니다. (PHI 연구소의 또 다른 그룹은 이러한 물질 중 하나인 박막 리튬 니오베이트에 초점을 맞추고 있습니다.) Chervy가 이끄는 팀은 보다 근본적인 수준에서 작업하고 있습니다. "우리가 해결해야 할 질문은 기본적으로 이것을 얼마나 멀리 추진할 수 있느냐는 것입니다."라고 그는 말했습니다. “상호작용이나 비선형성이 너무 강해서 시스템의 한 광자가 두 번째 광자의 통과를 차단하는 시스템이 있다면 이는 단일 양자 입자 수준의 논리 연산과 같을 것입니다. 양자정보처리의 영역. 이것이 우리가 달성하려고 했던 것인데, 제한된 여기 상태 내에 빛을 가두는 것입니다.”

 수명이 짧은 엑시톤은 구성 전하(전자와 전자-정공)를 갖고 있어 광자 간 상호 작용의 좋은 매개자가 됩니다. 2D 반도체 플레이크(0.7나노미터 또는 원자 XNUMX개 두께)를 특징으로 하는 이종구조 장치에서 엑시톤의 움직임을 제어하기 위해 전기장을 적용한 Chervy, Murthy 등 양자점 및 양자 링과 같은 다양한 기하학적 구조를 보여줍니다. 가장 중요한 점은 이러한 격리 장소가 제어 가능한 위치와 조정 가능한 에너지에서 형성된다는 것입니다. “이 논문의 기술은 당신이 결정할 수 있다는 것을 보여줍니다 어디에 엑시톤을 가두게 될 뿐만 아니라 어느 에너지에서 갇힐 것입니다.”라고 Chervy는 말했습니다.

 확장성은 또 다른 혁신입니다. Chervy는 “수백 개의 사이트까지 확장할 수 있는 아키텍처를 원합니다.”라고 말했습니다. “우리는 대규모로 전압을 제어하는 ​​방법을 알고 있기 때문에 전기적으로 제어할 수 있다는 사실이 매우 중요합니다. 예를 들어, CMOS 기술은 수십억 개의 트랜지스터에서 게이트 전압을 제어하는 ​​데 매우 능숙합니다. 그리고 우리의 아키텍처는 본질적으로 트랜지스터와 다르지 않습니다. 우리는 아주 작은 접합부에 걸쳐 잘 정의된 전압 전위를 유지하고 있을 뿐입니다.”

 연구자들은 그들의 연구가 미래의 기술 응용뿐만 아니라 기초 물리학에 있어서도 몇 가지 새로운 방향을 열어준다고 믿습니다. “우리는 양자점과 고리를 전기적으로 정의하는 기술의 다양성을 보여주었습니다.”라고 주요 공동저자이자 스탠포드 대학 박사인 Jenny Hu가 말했습니다. 학생 (에 토니 하인즈 교수 연구팀). “이를 통해 우리는 나노 규모에서 반도체의 특성을 전례 없는 수준으로 제어할 수 있게 되었습니다. 다음 단계는 이러한 구조에서 방출되는 빛의 특성을 더 깊이 조사하고 이러한 구조를 최첨단 포토닉스 아키텍처에 통합하는 방법을 찾는 것입니다.”

 준입자 및 비선형 재료에 대한 연구를 수행하는 것 외에도 PHI 연구소 과학자들은 Ising 모델에 매핑된 문제를 해결하도록 프로그래밍된 광학 매개 변수 발진기 네트워크인 CIM(Coherent Ising Machine)을 둘러싼 작업에 참여하고 있습니다. PHI 연구소 과학자들은 또한 새로운 계산 프레임워크와의 관련성을 찾기 위해 신경과학을 탐구하고 있습니다. 이러한 야심찬 목표를 추구하기 위해 PHI 연구소는 캘리포니아 공과대학(Caltech), 코넬 대학, 하버드 대학, 매사추세츠 공과 대학(MIT), 노트르담 대학, 스탠포드 대학, 스윈번 공과 대학과 공동 연구 계약을 체결했습니다. , 도쿄 공과 대학 및 미시간 대학. PHI 연구소는 실리콘 밸리에 있는 NASA 에임스 연구 센터(NASA Ames Research Center)와 공동 연구 계약도 체결했습니다.

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• 출처: https://insidehpc.com/2024/03/ntt-research-phi-lab-scientists-achieve-quantum-control-of-excitons-in-2d-semiconductors/