NTT Research PHI-laboratorion tutkijat saavuttavat eksitonien kvanttihallinnan 2D-puolijohteissa - Tehokas laskennan uutisanalyysi | HPC:n sisällä

NTT Research PHI:n laboratoriotutkijat saavuttavat eksitonien kvanttihallinnan 2D-puolijohteissa – High Performance Computing -uutisanalyysi | HPC:n sisällä

Aikaleima: 26. maaliskuuta 2024 6
NTT Research PHI-laboratoriotutkijat saavuttavat eksitonien kvanttihallinnan 2D-puolijohteissa - Tehokas laskennan uutisanalyysi | sisällä HPC PlatoBlockchain Data Intelligence. Pystysuuntainen haku. Ai.

Sunnyvale, Kalifornia – 26. maaliskuuta 2024 – NTT Research, Inc., NTT:n divisioona (TYO:9432), ilmoitti tänään, että sen tutkijat Physics & Informatics (PHI) Lab ovat saavuttaneet eksitoniaaltofunktioiden kvanttiohjauksen kaksiulotteisissa (2D) puolijohteissa. Vuonna julkaistussa artikkelissa Tiede ennakot, PHI Lab Research Scientist Thibault Chervyn ja ETH Zürichin professori Puneet Murthyn johtama tiimi dokumentoi menestyksensä eksitonien vangitsemisessa eri geometrioissa, mukaan lukien kvanttipisteissä, ja niiden ohjaamisessa itsenäisen energiavirityksen saavuttamiseksi skaalautuvien ryhmien avulla.

Tämä läpimurto saavutettiin PHI Labissa yhteistyössä ETH Zürichin, Stanfordin yliopiston ja Japanin National Institute for Materials Sciencen tutkijoiden kanssa. Eksitonit, jotka muodostuvat, kun materiaali absorboi fotoneja, ovat ratkaisevia sovelluksissa valon keräämisestä ja generoinnista kvanttiinformaation käsittelyyn. Niiden kvanttimekaanisen tilan hienon hallinnan saavuttaminen on kuitenkin vaivannut skaalautuvuusongelmia olemassa olevien valmistustekniikoiden rajoitusten vuoksi. Erityisesti kvanttipisteiden sijainnin ja energian hallinta on ollut suuri este skaalautumiselle kohti kvanttisovelluksia. Tämä uusi työ avaa mahdollisuuksia suunnitella eksitonidynamiikkaa ja vuorovaikutuksia nanometrin mittakaavassa, mikä vaikuttaa optoelektronisiin laitteisiin ja kvanttiepälineaariseen optiikkaan.

 Kvanttipisteet, joiden löytö ja synteesi tunnistettiin a 2023 Nobel-palkinto, on jo otettu käyttöön seuraavan sukupolven videonäytöissä, biologisissa merkeissä, salausjärjestelmissä ja muualla. Niiden soveltaminen kvanttioptiseen laskentaan, joka on PHI Labin tutkimusohjelman painopiste, on kuitenkin toistaiseksi rajoittunut hyvin pienimuotoisiin järjestelmiin. Toisin kuin nykypäivän digitaaliset tietokoneet, jotka suorittavat Boolen logiikkaa käyttämällä kondensaattoreita joko estämään elektroneja tai sallimaan niiden virtauksen, optinen laskenta kohtaa tämän haasteen: fotonit eivät luonnostaan ​​ole vuorovaikutuksessa toistensa kanssa.

Vaikka tämä ominaisuus on hyödyllinen optisessa viestinnässä, se rajoittaa vakavasti laskennallisia sovelluksia. Epälineaariset optiset materiaalit tarjoavat yhden lähestymistavan mahdollistamalla fotonisen törmäyksen, jota voidaan käyttää logiikan resurssina. (Toinen ryhmä PHI Labissa keskittyy yhteen tällaiseen materiaaliin, ohutkalvolitiumniobaattiin.) Chervyn johtama tiimi työskentelee perustavanlaatuisemmalla tasolla. "Kysymys, johon vastaamme, on pohjimmiltaan, kuinka pitkälle voit viedä tämän", hän sanoi. "Jos sinulla olisi järjestelmä, jossa vuorovaikutukset tai epälineaarisuus olisivat niin voimakkaita, että yksi fotoni järjestelmässä estäisi toisen fotonin kulkemisen, se olisi kuin looginen operaatio yksittäisten kvanttihiukkasten tasolla, mikä saa sinut kvanttitiedonkäsittelyn alue. Tätä yritimme saavuttaa vangitsemalla valoa rajoitettuihin eksitonisiin tiloihin."

 Lyhytikäisissä eksitoneissa on sähkövarauksia (elektroni ja elektronireikä), mikä tekee niistä hyviä välittäjiä fotonien välisissä vuorovaikutuksissa. Sähkökenttien käyttäminen eksitonien liikkeen ohjaamiseen heterorakennelaitteissa, joissa on 2D-puolijohdehiutale (0.7 nanometriä tai kolme atomia paksu), Chervy, Murthy et al. esitellä erilaisia ​​suojauksen geometrioita, kuten kvanttipisteitä ja kvanttirenkaita. Merkittävintä on, että nämä suojapaikat muodostuvat säädettävissä oleviin paikkoihin ja viritettäviin energioihin. "Tämän paperin tekniikka osoittaa, että voit päättää jossa saat ansaan excitonin, mutta myös millä energialla se jää loukkuun", Chervy sanoi.

 Skaalautuvuus on toinen läpimurto. "Haluat arkkitehtuurin, joka voi skaalata jopa satoihin sivustoihin", Chervy sanoi. ”Siksi se, että se on sähköisesti ohjattava, on erittäin tärkeää, koska osaamme ohjata jännitteitä suuressa mittakaavassa. Esimerkiksi CMOS-tekniikat ovat erittäin hyviä hallitsemaan hilajännitteitä miljardeissa transistoreissa. Eikä arkkitehtuurimme eroa luonteeltaan transistoreista – pidämme vain hyvin määritellyn jännitepotentiaalin pienen risteyksen yli.

 Tutkijat uskovat, että heidän työnsä avaa useita uusia suuntia, ei vain tuleville teknologisille sovelluksille, vaan myös perusfysiikkaan. "Olemme osoittaneet tekniikkamme monipuolisuuden kvanttipisteiden ja renkaiden sähköisessä määrittelyssä", sanoi Jenny Hu, pääkirjoittaja ja Stanfordin yliopiston tohtori. opiskelija (sis Professori Tony Heinzin tutkimusryhmä). "Tämä antaa meille ennennäkemättömän tason hallinnan puolijohteen ominaisuuksia nanomittakaavassa. Seuraava askel on tutkia syvemmin näistä rakenteista säteilevän valon luonnetta ja löytää tapoja integroida tällaisia ​​rakenteita huippuluokan fotoniikan arkkitehtuureihin.

 Kvasihiukkasten ja epälineaaristen materiaalien tutkimuksen lisäksi PHI Labin tutkijat työskentelevät koherentin Ising-koneen (CIM) ympärillä. Se on optisten parametristen oskillaattorien verkko, joka on ohjelmoitu ratkaisemaan Ising-malliin kartoitettuja ongelmia. PHI Labin tutkijat tutkivat myös neurotieteitä sen merkityksen suhteen uusien laskentakehysten kannalta. Tämän kunnianhimoisen ohjelman toteuttamiseksi PHI Lab on tehnyt yhteiset tutkimussopimukset Kalifornian teknologiainstituutin (Caltech), Cornellin yliopiston, Harvardin yliopiston, Massachusetts Institute of Technologyn (MIT), Notre Damen yliopiston, Stanfordin yliopiston ja Swinburnen teknillisen yliopiston kanssa. , Tokyo Institute of Technology ja Michiganin yliopisto. PHI Lab on myös tehnyt yhteisen tutkimussopimuksen NASA Ames Research Centerin kanssa Piilaaksossa.

Aikaleima:

Lisää aiheesta HPC:n sisällä