دانشمندان آزمایشگاه PHI تحقیقاتی NTT به کنترل کوانتومی اکسیتون ها در نیمه هادی های دو بعدی دست یافتند - تحلیل خبری محاسباتی با کارایی بالا | داخل HPC

دانشمندان آزمایشگاه PHI تحقیقاتی NTT به کنترل کوانتومی اکسیتون‌ها در نیمه‌رساناهای دوبعدی دست یافتند - تحلیل اخبار محاسباتی با کارایی بالا | داخل HPC

تمبر زمان: 26 مارس 2024، 6:40 بعد از ظهر
NTT Research PHI Lab Scientists Achieve Quantum Control of Excitons in 2D Semiconductors  - High-Performance Computing News Analysis | insideHPC PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

سانی ویل، کالیفرنیا - 26 مارس 2024 - NTT Research, Inc.یک بخش از NTT (TYO:9432)، امروز اعلام کرد که دانشمندان از آن آزمایشگاه فیزیک و انفورماتیک (PHI) به کنترل کوانتومی توابع موج اکسایتون در نیمه هادی های دو بعدی (2 بعدی) دست یافته اند. در مقاله ای که در با پیشرفتهای علمیتیمی به سرپرستی Thibault Chervy، دانشمند تحقیقاتی آزمایشگاه PHI و پروفسور پونیت مورتی، پروفسور ETH زوریخ، موفقیت خود را در به دام انداختن اکسیتون ها در هندسه های مختلف، از جمله نقاط کوانتومی، و کنترل آنها برای دستیابی به قابلیت تنظیم انرژی مستقل روی آرایه های مقیاس پذیر، مستند کردند.

این پیشرفت در آزمایشگاه PHI با همکاری دانشمندان ETH زوریخ، دانشگاه استنفورد و موسسه ملی علوم مواد در ژاپن به دست آمد. اکسایتون‌ها که با جذب فوتون‌ها توسط یک ماده تشکیل می‌شوند، برای کاربردهای مختلف از برداشت نور و تولید تا پردازش اطلاعات کوانتومی بسیار مهم هستند. با این حال، دستیابی به کنترل دقیق بر وضعیت مکانیکی کوانتومی آنها به دلیل محدودیت در تکنیک‌های ساخت موجود، با مشکلات مقیاس‌پذیری مواجه شده است. به طور خاص، کنترل موقعیت و انرژی نقاط کوانتومی مانع بزرگی برای افزایش مقیاس به سمت کاربردهای کوانتومی بوده است. این کار جدید امکان‌هایی را برای مهندسی دینامیک اکسایتون و برهم‌کنش‌ها در مقیاس نانومتری، با مفاهیمی برای دستگاه‌های الکترونیک نوری و اپتیک غیرخطی کوانتومی، باز می‌کند.

 نقاط کوانتومی که کشف و سنتز آنها در الف شناسایی شد جایزه نوبل 2023، قبلاً در نمایشگرهای ویدیویی نسل بعدی، نشانگرهای بیولوژیکی، طرح های رمزنگاری و جاهای دیگر مستقر شده اند. با این حال، کاربرد آنها برای محاسبات نوری کوانتومی، که تمرکز برنامه تحقیقاتی آزمایشگاه PHI است، تاکنون به سیستم‌های بسیار کوچک محدود شده است. برخلاف رایانه‌های دیجیتال امروزی که منطق بولی را با استفاده از خازن‌ها برای مسدود کردن الکترون‌ها یا اجازه جریان دادن به آن‌ها انجام می‌دهند، محاسبات نوری با این چالش مواجه است: فوتون‌ها، طبیعتاً با یکدیگر تعامل ندارند.

در حالی که این ویژگی برای ارتباطات نوری مفید است، کاربردهای محاسباتی را به شدت محدود می کند. مواد نوری غیرخطی یک رویکرد را ارائه می دهند، با فعال کردن برخورد فوتونیک که می تواند به عنوان منبعی برای منطق استفاده شود. (گروه دیگری در آزمایشگاه PHI بر روی یکی از این مواد، لیتیوم نیوبات لایه نازک تمرکز می کند.) تیم به رهبری Chervy در سطح اساسی تری کار می کند. او گفت: «سوالی که ما به آن می پردازیم اساساً این است که تا کجا می توانید این را پیش ببرید. "اگر سیستمی داشتید که در آن برهمکنش ها یا غیرخطی بودن آنقدر قوی بود که یک فوتون در سیستم عبور فوتون دوم را مسدود می کرد، این مانند یک عملیات منطقی در سطح ذرات تک کوانتومی بود که شما را به قلمرو پردازش اطلاعات کوانتومی این همان چیزی است که ما سعی کردیم به آن برسیم و نور را در حالت‌های برانگیختگی محدود به دام انداختیم.»

 اکسایتون‌های کوتاه‌مدت بارهای الکتریکی تشکیل‌دهنده‌ای دارند (یک الکترون و یک الکترون حفره) که آنها را واسطه‌های خوبی برای برهم‌کنش بین فوتون‌ها می‌کند. Chervy، Murthy و همکاران، اعمال میدان های الکتریکی برای کنترل حرکت اکسیتون ها بر روی دستگاه های ناهمسان که دارای یک لایه نیمه هادی دو بعدی (2 نانومتر یا سه اتم ضخامت) هستند. هندسه های مختلف مهار، مانند نقاط کوانتومی و حلقه های کوانتومی را نشان می دهد. مهم‌تر از همه، این مکان‌های مهار در موقعیت‌های قابل کنترل و انرژی‌های قابل تنظیم شکل می‌گیرند. "تکنیک در این مقاله نشان می دهد که شما می توانید تصمیم بگیرید جایی که شما اکسایتون را به دام خواهید انداخت، بلکه همچنین در کدام انرژی چروی گفت.

 مقیاس پذیری پیشرفت دیگری است. چروی گفت: «شما معماری می‌خواهید که بتواند به صدها سایت برسد. به همین دلیل است که کنترل الکتریکی آن بسیار مهم است، زیرا ما می دانیم که چگونه ولتاژها را در مقیاس های بزرگ کنترل کنیم. برای مثال، فناوری‌های CMOS در کنترل ولتاژ گیت در میلیاردها ترانزیستور بسیار خوب هستند. و معماری ما از نظر ماهیت با یک ترانزیستور تفاوتی ندارد - ما فقط یک پتانسیل ولتاژ به خوبی تعریف شده را در یک اتصال کوچک کوچک حفظ می کنیم.

 محققان بر این باورند که کار آنها چندین مسیر جدید را نه تنها برای کاربردهای فناوری آینده بلکه برای فیزیک بنیادی باز می کند. جنی هو، نویسنده اصلی و دکترای دانشگاه استنفورد گفت: "ما تطبیق پذیری تکنیک خود را در تعریف نقاط و حلقه های کوانتومی به صورت الکتریکی نشان داده ایم." دانش آموز (در گروه تحقیقاتی پروفسور تونی هاینز). این به ما سطح بی سابقه ای از کنترل بر روی خواص نیمه هادی در مقیاس نانو را می دهد. گام بعدی، بررسی عمیق‌تر ماهیت نور ساطع شده از این ساختارها و یافتن راه‌هایی برای ادغام چنین ساختارهایی در معماری‌های فوتونیک پیشرفته خواهد بود.»

 دانشمندان آزمایشگاه PHI علاوه بر انجام تحقیقات در مورد شبه ذرات و مواد غیرخطی، مشغول کار پیرامون ماشین آیزینگ منسجم (CIM)، شبکه ای از نوسان سازهای پارامتری نوری هستند که برای حل مسائل نقشه برداری شده با مدل Ising برنامه ریزی شده اند. دانشمندان آزمایشگاه PHI همچنین در حال بررسی علوم اعصاب برای ارتباط آن با چارچوب های محاسباتی جدید هستند. در پیگیری این دستور کار بلندپروازانه، آزمایشگاه PHI به توافقات تحقیقاتی مشترک با مؤسسه فناوری کالیفرنیا (Caltech)، دانشگاه کرنل، دانشگاه هاروارد، مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT)، دانشگاه نوتردام، دانشگاه استنفورد، دانشگاه فناوری سوئینبرن دست یافته است. ، موسسه فناوری توکیو و دانشگاه میشیگان. آزمایشگاه PHI همچنین یک قرارداد تحقیقاتی مشترک با مرکز تحقیقات ایمز ناسا در دره سیلیکون منعقد کرده است.

تمبر زمان:

بیشتر از داخل HPC