Sunnyvale, California – ngày 26 tháng 2024 năm XNUMX – Nghiên cứu NTT, Inc., một bộ phận của NTT (TYO:9432), hôm nay thông báo rằng các nhà khoa học từ Phòng thí nghiệm Vật lý & Tin học (PHI) đã đạt được sự kiểm soát lượng tử của các hàm sóng exiton trong chất bán dẫn hai chiều (2D). Trong một bài báo đăng trên Những tiến bộ khoa học, một nhóm do Nhà khoa học nghiên cứu Phòng thí nghiệm PHI Thibault Chervy và Giáo sư Puneet Murthy của ETH Zurich dẫn đầu đã ghi lại thành công của họ trong việc bẫy các kích thích ở nhiều dạng hình học khác nhau, bao gồm cả chấm lượng tử và điều khiển chúng để đạt được khả năng điều chỉnh năng lượng độc lập trên các mảng có thể mở rộng.

Bước đột phá này đạt được tại Phòng thí nghiệm PHI với sự cộng tác của các nhà khoa học từ ETH Zurich, Đại học Stanford và Viện Khoa học Vật liệu Quốc gia Nhật Bản. Exciton, được hình thành khi vật liệu hấp thụ photon, rất quan trọng cho các ứng dụng từ thu và tạo ánh sáng đến xử lý thông tin lượng tử. Tuy nhiên, việc đạt được khả năng kiểm soát tốt đối với trạng thái cơ lượng tử của chúng đã gặp phải các vấn đề về khả năng mở rộng do những hạn chế trong kỹ thuật chế tạo hiện có. Đặc biệt, việc kiểm soát vị trí và năng lượng của các chấm lượng tử là trở ngại lớn cho việc mở rộng quy mô hướng tới các ứng dụng lượng tử. Công trình mới này mở ra các khả năng về động lực học và tương tác kỹ thuật của exiton ở quy mô nanomet, có ý nghĩa đối với các thiết bị quang điện tử và quang học phi tuyến lượng tử.

 Các chấm lượng tử, sự khám phá và tổng hợp của chúng đã được công nhận một cách Giải Nobel 2023, đã được triển khai trong các màn hình video thế hệ tiếp theo, các dấu hiệu sinh học, sơ đồ mật mã và các nơi khác. Tuy nhiên, ứng dụng của họ vào điện toán quang lượng tử, trọng tâm trong chương trình nghiên cứu của Phòng thí nghiệm PHI, cho đến nay vẫn chỉ giới hạn ở các hệ thống quy mô rất nhỏ. Ngược lại với các máy tính kỹ thuật số ngày nay thực hiện logic Boolean bằng cách sử dụng tụ điện để chặn các electron hoặc cho phép chúng chuyển động, điện toán quang học phải đối mặt với thách thức này: về bản chất, các photon không tương tác với nhau.

Mặc dù tính năng này hữu ích cho truyền thông quang học nhưng nó hạn chế nghiêm trọng các ứng dụng tính toán. Các vật liệu quang học phi tuyến đưa ra một cách tiếp cận, bằng cách cho phép va chạm quang tử có thể được sử dụng làm nguồn cho logic. (Một nhóm khác trong Phòng thí nghiệm PHI đang tập trung vào một loại vật liệu như vậy, lithium niobate màng mỏng.) Nhóm do Chervy dẫn đầu đang nghiên cứu ở cấp độ cơ bản hơn. Ông nói: “Câu hỏi mà chúng tôi giải quyết về cơ bản là bạn có thể đẩy việc này đi bao xa”. “Nếu bạn có một hệ thống trong đó các tương tác hoặc tính phi tuyến mạnh đến mức một photon trong hệ thống sẽ chặn đường đi của photon thứ hai, thì đó sẽ giống như một phép toán logic ở cấp độ các hạt lượng tử đơn lẻ, khiến bạn rơi vào tình thế lĩnh vực xử lý thông tin lượng tử. Đây là điều chúng tôi đã cố gắng đạt được, bẫy ánh sáng trong các trạng thái kích thích hạn chế.”

 Các exiton tồn tại trong thời gian ngắn có các điện tích cấu thành (một electron và một lỗ electron) khiến chúng trở thành chất trung gian tốt cho sự tương tác giữa các photon. Áp dụng điện trường để điều khiển chuyển động của các chất kích thích trên các thiết bị có cấu trúc dị thể có lớp vảy bán dẫn 2D (dày 0.7 nanomet hoặc dày ba nguyên tử), Chervy, Murthy, et al. chứng minh các dạng hình học ngăn chặn khác nhau, chẳng hạn như chấm lượng tử và vòng lượng tử. Điều đáng chú ý nhất là những vị trí ngăn chặn này được hình thành ở những vị trí có thể kiểm soát được và có năng lượng có thể điều chỉnh được. “Kỹ thuật trong bài viết này cho thấy rằng bạn có thể quyết định Ở đâu bạn sẽ bẫy được chất kích thích, nhưng cũng ở mức năng lượng nào nó sẽ bị mắc kẹt,” Chervy nói.

 Khả năng mở rộng là một bước đột phá khác. Chervy nói: “Bạn muốn một kiến ​​trúc có thể mở rộng quy mô lên tới hàng trăm địa điểm. “Đây là lý do vì sao khả năng điều khiển bằng điện của nó lại rất quan trọng, bởi vì chúng tôi biết cách kiểm soát điện áp trên quy mô lớn. Ví dụ, công nghệ CMOS rất tốt trong việc kiểm soát điện áp cổng trên hàng tỷ bóng bán dẫn. Và kiến ​​trúc của chúng tôi về bản chất không khác gì một bóng bán dẫn – chúng tôi chỉ duy trì một điện thế được xác định rõ ràng trên một điểm nối nhỏ bé.”

 Các nhà nghiên cứu tin rằng công trình của họ mở ra nhiều hướng đi mới, không chỉ cho các ứng dụng công nghệ trong tương lai mà còn cho vật lý cơ bản. Jenny Hu, đồng tác giả chính và Tiến sĩ Đại học Stanford cho biết: “Chúng tôi đã cho thấy tính linh hoạt của kỹ thuật của mình trong việc xác định các chấm lượng tử và các vòng lượng tử bằng điện”. sinh viên (trong Nhóm nghiên cứu của giáo sư Tony Heinz). “Điều này mang lại cho chúng tôi mức độ kiểm soát chưa từng có đối với các đặc tính của chất bán dẫn ở cấp độ nano. Bước tiếp theo sẽ là nghiên cứu sâu hơn về bản chất của ánh sáng phát ra từ các cấu trúc này và tìm cách tích hợp các cấu trúc đó vào các kiến ​​trúc quang tử tiên tiến.”

 Ngoài việc tiến hành nghiên cứu về các bán hạt và vật liệu phi tuyến tính, các nhà khoa học của Phòng thí nghiệm PHI còn tham gia vào nghiên cứu về máy Ising kết hợp (CIM), một mạng gồm các bộ dao động tham số quang học được lập trình để giải quyết các vấn đề được ánh xạ tới mô hình Ising. Các nhà khoa học của PHI Lab cũng đang khám phá khoa học thần kinh về mức độ liên quan của nó với các khung tính toán mới. Để theo đuổi chương trình nghị sự đầy tham vọng này, Phòng thí nghiệm PHI đã đạt được thỏa thuận nghiên cứu chung với Viện Công nghệ California (Caltech), Đại học Cornell, Đại học Harvard, Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), Đại học Notre Dame, Đại học Stanford, Đại học Công nghệ Swinburne , Viện Công nghệ Tokyo và Đại học Michigan. Phòng thí nghiệm PHI cũng đã ký thỏa thuận nghiên cứu chung với Trung tâm nghiên cứu Ames của NASA ở Thung lũng Silicon.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://insidehpc.com/2024/03/ntt-research-phi-lab-scientists-achieve-quantum-control-of-excitons-in-2d-semiconductors/