Az NTT Research A PHI laboratóriumi tudósai elérték a 2D-s félvezetők excitonjainak kvantumszabályozását - Nagy teljesítményű számítástechnikai hírek elemzése

Újra kiadta Platón

Követő: 0

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.

Sunnyvale, Kalifornia – 26. március 2024. – NTT Research, Inc., az NTT részlege (TYO:9432), ma bejelentette, hogy a tudósok a Fizikai és informatikai (PHI) Lab elérték a kétdimenziós (2D) félvezetők gerjesztőhullámfüggvényeinek kvantumszabályozását. -ben megjelent cikkben Tudomány előlegek, a PHI Lab kutatója, Thibault Chervy és Puneet Murthy, az ETH zürichi professzora által vezetett csapat dokumentálta sikerét a különféle geometriákban, köztük a kvantumpontokban lévő excitonok csapdázásában és azok szabályozásában, hogy független energiahangolhatóságot érjenek el a skálázható tömbökön.

Ezt az áttörést a PHI Labban érte el az ETH Zürich, a Stanford Egyetem és a japán Nemzeti Anyagtudományi Intézet tudósaival együttműködve. Az excitonok, amelyek akkor keletkeznek, amikor egy anyag elnyeli a fotonokat, kulcsfontosságúak a fénygyűjtéstől és -generálástól a kvantuminformáció-feldolgozásig terjedő alkalmazásokban. A kvantummechanikai állapotuk finom szabályozását azonban a meglévő gyártási technikák korlátai miatt skálázhatósági problémák gyötörték. A kvantumpontok helyzetének és energiájának szabályozása különösen nagy akadályt jelent a kvantumalkalmazások felé való skálázásban. Ez az új munka feltárja a nanométeres léptékű gerjesztődinamika és kölcsönhatások tervezésének lehetőségeit, ami hatással van az optoelektronikai eszközökre és a kvantum-nemlineáris optikára.

Kvantumpontok, amelyek felfedezését és szintézisét a 2023-as Nobel-díj, már bevezették a következő generációs videomegjelenítőkben, biológiai markerekben, kriptográfiai sémákban és máshol. Alkalmazásuk a kvantum-optikai számítástechnikában, amely a PHI Lab kutatási programjának fókuszában áll, mindeddig azonban a nagyon kis méretű rendszerekre korlátozódott. A mai digitális számítógépekkel szemben, amelyek logikai logikát hajtanak végre kondenzátorok segítségével, hogy blokkolják az elektronokat, vagy lehetővé teszik azok áramlását, az optikai számítástechnika ezzel a kihívással néz szembe: a fotonok természetüknél fogva nem lépnek kölcsönhatásba egymással.

Bár ez a funkció hasznos az optikai kommunikációhoz, erősen korlátozza a számítási alkalmazásokat. A nemlineáris optikai anyagok egy megközelítést kínálnak, lehetővé téve a fotonikus ütközést, amely logikai erőforrásként használható. (A PHI Lab egy másik csoportja egy ilyen anyagra, a vékonyrétegű lítium-niobátra összpontosít.) A Chervy által vezetett csapat alapvetőbb szinten dolgozik. „A kérdés, amellyel foglalkozunk, alapvetően az, hogy meddig lehet ezt tolni” – mondta. "Ha lenne egy olyan rendszered, ahol a kölcsönhatások vagy a nemlinearitás olyan erősek lennének, hogy a rendszerben egy foton blokkolná egy második foton áthaladását, az olyan lenne, mint egy logikai művelet az egyes kvantumrészecskék szintjén, ami bevezet a kvantuminformáció-feldolgozás birodalma. Ezt próbáltuk elérni, csapdába ejtve a fényt zárt exciton állapotok között.

A rövid élettartamú excitonok elektromos töltéseket tartalmaznak (egy elektron és egy elektronlyuk), ami jó közvetítővé teszi őket a fotonok közötti kölcsönhatásokban. Elektromos terek alkalmazása az excitonok mozgásának szabályozására olyan heteroszerkezetű eszközökön, amelyek 2D félvezető pehelyt tartalmaznak (0.7 nanométer vagy három atom vastagságban), Chervy, Murthy et al. bemutatják a szigetelés különböző geometriáit, például kvantumpontokat és kvantumgyűrűket. A legjelentősebb, hogy ezek az elszigetelési helyek szabályozható pozíciókban és hangolható energiákon alakulnak ki. „A cikkben szereplő technika azt mutatja, hogy dönthet ahol csapdába fogod az excitont, hanem azt is mely energiánál csapdába fog kerülni – mondta Chervy.

A skálázhatóság egy újabb áttörés. „Olyan architektúrát szeretne, amely akár több száz helyszínre is méretezhető” – mondta Chervy. „Ezért nagyon fontos, hogy elektromosan vezérelhető, mert tudjuk, hogyan kell nagy léptékben szabályozni a feszültségeket. Például a CMOS-technológiák nagyon jók a tranzisztorok milliárdjainak kapufeszültségének szabályozásában. És a mi architektúránk természetében nem különbözik a tranzisztorokétól – csak egy jól meghatározott feszültségpotenciált tartunk fenn egy apró kis csomóponton.”

A kutatók úgy vélik, munkájuk több új irányt nyit meg, nemcsak a jövőbeli technológiai alkalmazások, hanem az alapvető fizika számára is. „Megmutattuk technikánk sokoldalúságát a kvantumpontok és gyűrűk elektromos meghatározásában” – mondta Jenny Hu, az elsődleges társszerző és a Stanford Egyetem Ph.D. diák (in Tony Heinz professzor kutatócsoportja). „Ez példátlan szintű irányítást biztosít a félvezető nanoméretű tulajdonságai felett. A következő lépés az ezekből a struktúrákból kibocsátott fény természetének mélyebb vizsgálata lesz, és módokat találni az ilyen struktúrák integrálására a legmodernebb fotonikai architektúrákba.

A kvázi részecskék és a nemlineáris anyagok kutatása mellett a PHI Lab tudósai a koherens Ising gép (CIM) körüli munkában is részt vesznek, amely optikai parametrikus oszcillátorok hálózata, amely az Ising-modellre leképezett problémák megoldására van programozva. A PHI Lab tudósai az idegtudományt is vizsgálják az új számítási keretrendszerek szempontjából való relevanciája miatt. Ennek az ambiciózus programnak a megvalósítása érdekében a PHI Lab közös kutatási megállapodásokat kötött a Kaliforniai Műszaki Egyetemmel (Caltech), a Cornell Egyetemmel, a Harvard Egyetemmel, a Massachusettsi Műszaki Intézettel (MIT), a Notre Dame Egyetemmel, a Stanford Egyetemmel, a Swinburne-i Műszaki Egyetemmel. , a Tokiói Technológiai Intézet és a Michigani Egyetem. A PHI Lab közös kutatási megállapodást kötött a NASA Ames Kutatóközpontjával is, Szilícium-völgyben.