Logo Zephyrnet

Generatywna analiza danych

Kwant

Naukowcy z NTT Research PHI Lab osiągają kwantową kontrolę ekscytonów w półprzewodnikach 2D – analiza wiadomości z zakresu obliczeń o dużej wydajności | wewnątrzHPC

Opublikowane ponownie przez Plato
Opublikowane ponownie przez Plato

Data:

Odwiedzin: 63

Sunnyvale, Kalifornia – 26 marca 2024 r. – Badania NTT, Inc., oddział NTT (TYO:9432), ogłosił dzisiaj, że naukowcy z jej Laboratorium Fizyki i Informatyki (PHI). osiągnęli kontrolę kwantową funkcji falowych ekscytonów w półprzewodnikach dwuwymiarowych (2D). W artykule opublikowanym w Postępy nauki, zespół kierowany przez naukowca z laboratorium PHI, Thibaulta Chervy'ego i profesora Puneeta Murthy'ego z ETH Zurich, udokumentował swój sukces w wychwytywaniu ekscytonów w różnych geometriach, w tym w kropkach kwantowych, i kontrolowaniu ich w celu uzyskania niezależnej dostrajania energii w skalowalnych układach.

Tego przełomu dokonano w laboratorium PHI we współpracy z naukowcami z ETH Zurich, Uniwersytetu Stanforda i Narodowego Instytutu Nauki o Materiałach w Japonii. Ekscytony, które powstają, gdy materiał pochłania fotony, mają kluczowe znaczenie w zastosowaniach obejmujących zbieranie i wytwarzanie światła, a także kwantowe przetwarzanie informacji. Jednak osiągnięcie dokładnej kontroli nad ich stanem mechaniki kwantowej było nękane problemami ze skalowalnością wynikającą z ograniczeń istniejących technik wytwarzania. W szczególności kontrola nad położeniem i energią kropek kwantowych była główną przeszkodą w zwiększaniu skali w kierunku zastosowań kwantowych. Ta nowa praca otwiera możliwości inżynierii dynamiki ekscytonów i interakcji w skali nanometrowej, co ma konsekwencje dla urządzeń optoelektronicznych i kwantowej optyki nieliniowej.

 Kropki kwantowe, których odkrycie i syntezę doceniono m.in Nagroda Nobla 2023, zostały już wdrożone w wyświetlaczach wideo nowej generacji, markerach biologicznych, schematach kryptograficznych i gdzie indziej. Jednak ich zastosowanie w kwantowych obliczeniach optycznych, będących głównym przedmiotem programu badawczego laboratorium PHI, było jak dotąd ograniczone do systemów o bardzo małej skali. W przeciwieństwie do dzisiejszych komputerów cyfrowych, które realizują logikę Boole'a przy użyciu kondensatorów albo do blokowania elektronów, albo do umożliwienia im przepływu, obliczenia optyczne stoją przed takim wyzwaniem: fotony z natury nie oddziałują ze sobą.

Chociaż ta funkcja jest przydatna w komunikacji optycznej, poważnie ogranicza zastosowania obliczeniowe. Nieliniowe materiały optyczne oferują jedno podejście, umożliwiając zderzenia fotoniczne, które można wykorzystać jako źródło logiki. (Inna grupa w laboratorium PHI koncentruje się na jednym z takich materiałów, cienkowarstwowym niobianie litu.) Zespół kierowany przez Chervy'ego pracuje na bardziej podstawowym poziomie. „Pytanie, które sobie zadajemy, brzmi zasadniczo: jak daleko można to posunąć” – powiedział. „Gdybyś miał system, w którym interakcje lub nieliniowość byłyby tak silne, że jeden foton w układzie blokowałby przejście drugiego fotonu, byłoby to jak operacja logiczna na poziomie pojedynczych cząstek kwantowych, co stawia cię w dziedzina kwantowego przetwarzania informacji. To właśnie próbowaliśmy osiągnąć, zatrzymując światło w zamkniętych stanach ekscytonowych”.

 Ekscytony krótkotrwałe mają składowe ładunki elektryczne (elektron i dziurę elektronową), co czyni je dobrymi mediatorami oddziaływań między fotonami. Zastosowanie pól elektrycznych do kontrolowania ruchu ekscytonów na urządzeniach heterostrukturalnych zawierających płatek półprzewodnika 2D (o grubości 0.7 nanometra lub trzech atomów), Chervy, Murthy i in. zademonstrować różne geometrie obudowy, takie jak kropki kwantowe i pierścienie kwantowe. Co najważniejsze, te miejsca przechowawcze powstają w kontrolowanych miejscach i przy regulowanych energiach. „Technika opisana w tym artykule pokazuje, że możesz podjąć decyzję gdzie złapiesz ekscyton, ale także przy jakiej energii zostanie uwięziony” – powiedział Chervy.

 Skalowalność to kolejny przełom. „Potrzebujesz architektury, którą można skalować do setek lokalizacji” – powiedział Chervy. „Dlatego fakt, że można go sterować elektrycznie, jest bardzo ważny, ponieważ wiemy, jak kontrolować napięcia w dużych skalach. Na przykład technologie CMOS bardzo dobrze radzą sobie z kontrolowaniem napięć bramek na miliardach tranzystorów. Nasza architektura nie różni się niczym od tranzystora – po prostu utrzymujemy dobrze określony potencjał napięcia na maleńkim złączu.”

 Naukowcy uważają, że ich praca otwiera kilka nowych kierunków, nie tylko dla przyszłych zastosowań technologicznych, ale także dla podstawowej fizyki. „Pokazaliśmy wszechstronność naszej techniki w elektrycznym definiowaniu kropek i pierścieni kwantowych” – powiedziała Jenny Hu, główna współautorka i doktorantka Uniwersytetu Stanforda. student (wł Grupa badawcza profesora Tony'ego Heinza). „Daje nam to bezprecedensowy poziom kontroli nad właściwościami półprzewodnika w nanoskali. Następnym krokiem będzie głębsze zbadanie natury światła emitowanego przez te struktury i znalezienie sposobów na zintegrowanie takich struktur z najnowocześniejszymi architekturami fotonicznymi”.

 Oprócz prowadzenia badań nad quasi-cząstkami i materiałami nieliniowymi naukowcy z PHI Lab są zaangażowani w prace wokół spójnej maszyny Isinga (CIM), sieci optycznych oscylatorów parametrycznych zaprogramowanych do rozwiązywania problemów odwzorowanych w modelu Isinga. Naukowcy z PHI Lab badają także neuronaukę pod kątem jej znaczenia dla nowych ram obliczeniowych. Realizując ten ambitny program, laboratorium PHI zawarło umowy o wspólnych badaniach z California Institute of Technology (Caltech), Cornell University, Harvard University, Massachusetts Institute of Technology (MIT), Notre Dame University, Stanford University, Swinburne University of Technology , Tokijski Instytut Technologii i Uniwersytet Michigan. Laboratorium PHI zawarło także umowę o wspólnych badaniach z Centrum Badawczym NASA Ames w Dolinie Krzemowej.

spot_img

Najnowsza inteligencja

spot_img

Prawa autorskie @ 2024 Plato Technologies Inc.