Sunnyvale, California – 26. mars 2024 – NTT Research, Inc., en avdeling av NTT (TYO:9432), kunngjorde i dag at forskere fra sin Fysikk og informatikk (PHI) Lab har oppnådd kvantekontroll av eksitonbølgefunksjoner i todimensjonale (2D) halvledere. I en artikkel publisert i Vitenskap Fremskritt, et team ledet av PHI Lab Research Scientist Thibault Chervy og ETH Zurich Professor Puneet Murthy dokumenterte deres suksess med å fange eksitoner i forskjellige geometrier, inkludert kvanteprikker, og kontrollere dem for å oppnå uavhengig energiavstemming over skalerbare arrays.

Dette gjennombruddet ble oppnådd ved PHI Lab i samarbeid med forskere fra ETH Zurich, Stanford University og National Institute for Materials Science i Japan. Eksitoner, som dannes når et materiale absorberer fotoner, er avgjørende for bruksområder som spenner fra lys høsting og generering til kvanteinformasjonsbehandling. Å oppnå fin kontroll over deres kvantemekaniske tilstand har imidlertid vært plaget med skalerbarhetsproblemer på grunn av begrensninger i eksisterende fabrikasjonsteknikker. Spesielt har kontrollen over posisjon og energi til kvanteprikker vært en stor hindring for å skalere opp mot kvanteapplikasjoner. Dette nye verket åpner for muligheter for konstruksjon av eksitondynamikk og interaksjoner på nanometerskala, med implikasjoner for optoelektroniske enheter og ikke-lineær kvanteoptikk.

 Kvanteprikker, hvis oppdagelse og syntese ble gjenkjent i en 2023 Nobelpris, har allerede blitt distribuert i neste generasjons videoskjermer, biologiske markører, kryptografiske skjemaer og andre steder. Deres anvendelse på kvanteoptisk databehandling, et fokus på PHI Labs forskningsagenda, har imidlertid så langt vært begrenset til svært småskala systemer. I motsetning til dagens digitale datamaskiner som utfører boolsk logikk ved å bruke kondensatorer enten for å blokkere elektroner eller tillate dem å flyte, står optisk databehandling overfor denne utfordringen: Fotoner samhandler av natur ikke med hverandre.

Selv om denne funksjonen er nyttig for optisk kommunikasjon, begrenser den kraftige beregningsapplikasjoner. Ikke-lineære optiske materialer tilbyr én tilnærming, ved å muliggjøre fotonisk kollisjon som kan brukes som en ressurs for logikk. (En annen gruppe i PHI Lab fokuserer på et slikt materiale, tynnfilm litiumniobat.) Teamet ledet av Chervy jobber på et mer grunnleggende nivå. "Spørsmålet vi tar opp er i utgangspunktet hvor langt du kan presse dette," sa han. "Hvis du hadde et system der interaksjonene eller ikke-lineariteten ville være så sterk at ett foton i systemet ville blokkere passasjen til et andre foton, ville det vært som en logisk operasjon på nivået til enkeltkvantepartikler, som setter deg inn i rike av kvanteinformasjonsbehandling. Dette er hva vi prøvde å oppnå, fange lys i begrensede eksitoniske tilstander."

 Kortlivede eksitoner har elektriske ladninger (et elektron og et elektronhull) som gjør dem til gode formidlere av interaksjoner mellom fotoner. Ved å bruke elektriske felt for å kontrollere bevegelsen til eksitoner på heterostrukturenheter som har et 2D-halvlederflake (0.7 nanometer eller tre atomer tykt), Chervy, Murthy, et al. demonstrere ulike geometrier for inneslutning, for eksempel kvanteprikker og kvanteringer. Mest betydelig er disse inneslutningsstedene dannet ved kontrollerbare posisjoner og avstembare energier. "Teknikken i denne artikkelen viser at du kan bestemme hvor du vil fange exciton, men også ved hvilken energi den vil bli fanget," sa Chervy.

 Skalerbarhet er et annet gjennombrudd. "Du vil ha en arkitektur som kan skaleres opp til hundrevis av nettsteder," sa Chervy. "Det er derfor det faktum at det er elektrisk kontrollerbart er veldig viktig, fordi vi vet hvordan vi skal kontrollere spenninger i store skalaer. For eksempel er CMOS-teknologier veldig gode til å kontrollere gatespenninger på milliarder av transistorer. Og arkitekturen vår er ikke forskjellig i naturen fra en transistor – vi holder bare et veldefinert spenningspotensial over et bitte lite knutepunkt.»

 Forskerne mener arbeidet deres åpner for flere nye retninger, ikke bare for fremtidige teknologiske anvendelser, men også for grunnleggende fysikk. "Vi har vist allsidigheten til teknikken vår når det gjelder å definere kvanteprikker og ringer elektrisk," sa Jenny Hu, primær medforfatter og Stanford University Ph.D. student (i Professor Tony Heinz' forskningsgruppe). "Dette gir oss et enestående nivå av kontroll over egenskapene til halvlederen på nanoskala. Det neste trinnet vil være å undersøke dypere naturen til lys som sendes ut fra disse strukturene og finne måter å integrere slike strukturer i banebrytende fotonikkarkitekturer."

 I tillegg til å forske på kvasipartikler og ikke-lineære materialer, er PHI Lab-forskere engasjert i arbeid rundt den koherente Ising-maskinen (CIM), et nettverk av optiske parametriske oscillatorer programmert til å løse problemer som er kartlagt til en Ising-modell. PHI Lab-forskere utforsker også nevrovitenskap for dens relevans for nye beregningsrammeverk. I jakten på denne ambisiøse agendaen har PHI Lab oppnådd felles forskningsavtaler med California Institute of Technology (Caltech), Cornell University, Harvard University, Massachusetts Institute of Technology (MIT), Notre Dame University, Stanford University, Swinburne University of Technology , Tokyo Institute of Technology og University of Michigan. PHI Lab har også inngått en felles forskningsavtale med NASA Ames Research Center i Silicon Valley.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
• kilde: https://insidehpc.com/2024/03/ntt-research-phi-lab-scientists-achieve-quantum-control-of-excitons-in-2d-semiconductors/