Sunnyvale, Kalifornija – 26. marec 2024 – NTT Research, Inc., oddelek NTT (TYO:9432), je danes objavil, da znanstveniki iz njegovega Laboratorij za fiziko in informatiko (PHI). so dosegli kvantno kontrolo valovnih funkcij ekscitonov v dvodimenzionalnih (2D) polprevodnikih. V članku, objavljenem v Znanost Predplačila, ekipa, ki jo vodi raziskovalec laboratorija PHI Thibault Chervy in profesor ETH Zurich Puneet Murthy, je dokumentiral svoj uspeh pri lovljenju ekscitonov v različnih geometrijah, vključno s kvantnimi pikami, in njihovem nadzoru, da bi dosegli neodvisno nastavljivost energije v razširljivih nizih.

Ta preboj je bil dosežen v laboratoriju PHI v sodelovanju z znanstveniki z ETH Zurich, univerze Stanford in Nacionalnega inštituta za znanost o materialih na Japonskem. Ekscitoni, ki nastanejo, ko material absorbira fotone, so ključni za aplikacije, ki segajo od zbiranja svetlobe in ustvarjanja do kvantne obdelave informacij. Vendar pa je doseganje natančnega nadzora nad njihovim kvantnomehanskim stanjem pestilo težave s skalabilnostjo zaradi omejitev v obstoječih tehnikah izdelave. Zlasti nadzor nad položajem in energijo kvantnih pik je bila glavna ovira za povečanje kvantnih aplikacij. To novo delo odpira možnosti za inženiring dinamike ekscitonov in interakcij na nanometrskem merilu, s posledicami za optoelektronske naprave in kvantno nelinearno optiko.

 Kvantne pike, katerih odkritje in sintezo sta priznala a Nobelova nagrada 2023, so že bili uporabljeni v video zaslonih naslednje generacije, bioloških označevalcih, kriptografskih shemah in drugod. Njihova uporaba za kvantno optično računalništvo, ki je v središču raziskovalne agende laboratorija PHI, pa je bila doslej omejena na zelo majhne sisteme. V nasprotju z današnjimi digitalnimi računalniki, ki izvajajo Boolovo logiko z uporabo kondenzatorjev, da blokirajo elektrone ali jim omogočijo pretok, se optično računalništvo sooča s tem izzivom: fotoni po naravi ne delujejo drug z drugim.

Čeprav je ta funkcija uporabna za optično komunikacijo, močno omejuje računalniške aplikacije. Nelinearni optični materiali ponujajo en pristop, saj omogočajo fotonske trke, ki jih je mogoče uporabiti kot vir za logiko. (Druga skupina v laboratoriju PHI se osredotoča na en tak material, tankoslojni litijev niobat.) Ekipa, ki jo vodi Chervy, dela na bolj temeljni ravni. "Vprašanje, ki ga obravnavamo, je v bistvu, kako daleč lahko to potisnete," je dejal. »Če bi imeli sistem, kjer bi bile interakcije ali nelinearnost tako močne, da bi en foton v sistemu blokiral prehod drugega fotona, bi bilo to kot logična operacija na ravni posameznih kvantnih delcev, ki vas postavi v področje kvantne obdelave informacij. To smo poskušali doseči, ujeti svetlobo znotraj omejenih ekscitoničnih stanj.

 Kratkoživi ekscitoni imajo sestavne električne naboje (elektron in elektronska luknja), zaradi česar so dobri mediatorji interakcij med fotoni. Uporaba električnih polj za nadzor gibanja ekscitonov na heterostrukturnih napravah, ki imajo 2D polprevodniško lusko (0.7 nanometra ali debeline treh atomov), Chervy, Murthy, et al. prikazati različne geometrije zadrževanja, kot so kvantne pike in kvantni obroči. Najpomembneje je, da so ta zadrževalna mesta oblikovana na nadzorovanih položajih in nastavljivih energijah. »Tehnika v tem dokumentu kaže, da se lahko odločite Kje boste ujeli eksciton, ampak tudi pri kateri energiji ujel se bo,« je dejal Chervy.

 Razširljivost je še en preboj. "Želite arhitekturo, ki se lahko razširi na stotine spletnih mest," je dejal Chervy. »Zato je zelo pomembno dejstvo, da je električno krmiljen, saj vemo, kako nadzorovati napetosti v velikih merilih. Tehnologije CMOS so na primer zelo dobre pri nadzoru napetosti vrat na milijardah tranzistorjev. In naša arhitektura se po naravi ne razlikuje od tranzistorja – samo ohranjamo dobro definiran napetostni potencial na majhnem stičišču.«

 Raziskovalci verjamejo, da njihovo delo odpira več novih smeri, ne le za prihodnje tehnološke aplikacije, temveč tudi za temeljno fiziko. »Pokazali smo vsestranskost naše tehnike pri električnem definiranju kvantnih pik in obročev,« je povedala Jenny Hu, glavna soavtorica in doktorica znanosti Univerze Stanford. študent (in Raziskovalna skupina profesorja Tonyja Heinza). »To nam daje izjemno raven nadzora nad lastnostmi polprevodnika na nanometru. Naslednji korak bo globlje raziskovanje narave svetlobe, ki jo oddajajo te strukture, in iskanje načinov za integracijo takšnih struktur v najsodobnejše fotonske arhitekture.”

 Poleg izvajanja raziskav kvazidelcev in nelinearnih materialov se znanstveniki laboratorija PHI ukvarjajo z delom okoli koherentnega Isingovega stroja (CIM), mreže optičnih parametričnih oscilatorjev, programiranih za reševanje problemov, preslikanih v Isingov model. Znanstveniki laboratorija PHI prav tako raziskujejo nevroznanost zaradi njene pomembnosti za nova računalniška ogrodja. V prizadevanju za to ambiciozno agendo je PHI Lab sklenil sporazume o skupnih raziskavah s Kalifornijskim inštitutom za tehnologijo (Caltech), Univerzo Cornell, Univerzo Harvard, Massachusetts Institute of Technology (MIT), Univerzo Notre Dame, Univerzo Stanford, Univerzo za tehnologijo Swinburne , Tokijski inštitut za tehnologijo in Univerza v Michiganu. Laboratorij PHI je sklenil tudi sporazum o skupni raziskavi z raziskovalnim centrom NASA Ames v Silicijevi dolini.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://insidehpc.com/2024/03/ntt-research-phi-lab-scientists-achieve-quantum-control-of-excitons-in-2d-semiconductors/