Oamenii de știință NTT Research PHI Lab obțin controlul cuantic al excitațiilor din semiconductoarele 2D - Analiză de știri de calcul de înaltă performanță | în interiorul HPC

Oamenii de știință NTT Research PHI Lab obțin controlul cuantic al excitațiilor din semiconductoarele 2D – Analiză de știri de calcul de înaltă performanță | în interiorul HPC

Marca temporală: 26 martie 2024, ora 6:40
Oamenii de știință NTT Research PHI Lab obțin controlul cuantic al excitoanelor din semiconductoarele 2D - Analiză de știri de calcul de înaltă performanță | în interiorul HPC PlatoBlockchain Data Intelligence. Căutare verticală. Ai.

Sunnyvale, California – 26 martie 2024 – NTT Research, Inc., o divizie a NTT (TYO:9432), a anunțat astăzi că oamenii de știință de la sa Laboratorul de Fizică și Informatică (PHI). au obținut controlul cuantic al funcțiilor de undă ale excitonilor în semiconductori bidimensionali (2D). Într-un articol publicat în Avansuri de știință, o echipă condusă de cercetătorul de cercetare al laboratorului PHI Thibault Chervy și profesorul ETH Zurich Puneet Murthy și-au documentat succesul în captarea excitonilor în diverse geometrii, inclusiv punctele cuantice, și controlul acestora pentru a obține o reglabilitate independentă a energiei pe rețele scalabile.

Această descoperire a fost realizată la PHI Lab în colaborare cu oameni de știință de la ETH Zurich, Universitatea Stanford și Institutul Național pentru Știința Materialelor din Japonia. Excitonii, care se formează atunci când un material absoarbe fotoni, sunt cruciali pentru aplicații, de la recoltarea și generarea luminii până la procesarea informațiilor cuantice. Cu toate acestea, obținerea unui control fin asupra stării lor mecanice cuantice a fost afectată de probleme de scalabilitate din cauza limitărilor tehnicilor de fabricație existente. În special, controlul asupra poziției și energiei punctelor cuantice a fost un obstacol major în calea extinderii către aplicații cuantice. Această nouă lucrare deblochează posibilități de proiectare a dinamicii și interacțiunilor excitonilor la scară nanometrică, cu implicații pentru dispozitivele optoelectronice și optica neliniară cuantică.

 Puncte cuantice, a căror descoperire și sinteză au fost recunoscute în a Premiul Nobel 2023, au fost deja implementate în afișaje video de ultimă generație, markeri biologici, scheme criptografice și în alte părți. Aplicația lor la calculul optic cuantic, un punct central al agendei de cercetare a Laboratorului PHI, a fost însă limitată până acum la sisteme la scară foarte mică. Spre deosebire de calculatoarele digitale de astăzi care efectuează logica booleană folosind condensatori fie pentru a bloca electronii, fie pentru a le permite să curgă, calculul optic se confruntă cu această provocare: fotonii, prin natura lor, nu interacționează între ei.

Deși această caracteristică este utilă pentru comunicația optică, limitează sever aplicațiile de calcul. Materialele optice neliniare oferă o abordare, permițând coliziunea fotonică care poate fi folosită ca resursă pentru logică. (Un alt grup din Laboratorul PHI se concentrează pe un astfel de material, niobat de litiu cu peliculă subțire.) Echipa condusă de Chervy lucrează la un nivel mai fundamental. „Întrebarea pe care o abordăm este, practic, cât de departe poți împinge acest lucru”, a spus el. „Dacă ai avea un sistem în care interacțiunile sau neliniaritatea ar fi atât de puternice încât un foton din sistem ar bloca trecerea unui al doilea foton, ar fi ca o operație logică la nivelul particulelor cuantice individuale, care te pune în domeniul prelucrării informației cuantice. Aceasta este ceea ce am încercat să realizăm, prinzând lumina în stări excitonice limitate.”

 Excitonii de scurtă durată au sarcini electrice constitutive (un electron și o gaură de electroni), ceea ce îi face buni mediatori ai interacțiunilor dintre fotoni. Aplicarea câmpurilor electrice pentru a controla mișcarea excitonilor pe dispozitive cu heterostructură care prezintă un fulg semiconductor 2D (0.7 nanometri sau trei atomi grosime), Chervy, Murthy și colab. să demonstreze diferite geometrii de reținere, cum ar fi punctele cuantice și inelele cuantice. Cel mai semnificativ, aceste locuri de izolare sunt formate în poziții controlabile și energii reglabile. „Tehnica din această lucrare arată că poți decide Unde vei prinde excitonul, dar și la care energie va rămâne prins”, a spus Chervy.

 Scalabilitatea este o altă descoperire. „Vrei o arhitectură care se poate scala la sute de site-uri”, a spus Chervy. „De aceea, faptul că este controlabil electric este foarte important, pentru că știm să controlăm tensiunile la scară largă. De exemplu, tehnologiile CMOS sunt foarte bune la controlul tensiunilor de poartă pe miliarde de tranzistoare. Și arhitectura noastră nu este diferită în natură față de un tranzistor – păstrăm doar un potențial de tensiune bine definit într-o joncțiune mică.”

 Cercetătorii cred că munca lor deschide mai multe direcții noi, nu numai pentru viitoare aplicații tehnologice, ci și pentru fizica fundamentală. „Am arătat versatilitatea tehnicii noastre în definirea electrică a punctelor și inelelor cuantice”, a spus Jenny Hu, co-autor principal și doctorat la Universitatea Stanford. student (în Grupul de cercetare al profesorului Tony Heinz). „Acest lucru ne oferă un nivel fără precedent de control asupra proprietăților semiconductorului la scară nanometrică. Următorul pas va fi investigarea mai profundă a naturii luminii emise de aceste structuri și găsirea modalităților de integrare a acestor structuri în arhitecturi fotonice de ultimă oră.”

 În plus față de cercetarea asupra cvasiparticulelor și a materialelor neliniare, oamenii de știință PHI Lab sunt implicați în lucrul în jurul mașinii Ising coerente (CIM), o rețea de oscilatoare optice parametrice programate pentru a rezolva problemele mapate la un model Ising. Oamenii de știință PHI Lab explorează, de asemenea, neuroștiința pentru relevanța acesteia pentru noile cadre de calcul. În urmărirea acestei agende ambițioase, PHI Lab a ajuns la acorduri comune de cercetare cu Institutul de Tehnologie din California (Caltech), Universitatea Cornell, Universitatea Harvard, Institutul de Tehnologie din Massachusetts (MIT), Universitatea Notre Dame, Universitatea Stanford, Universitatea Tehnologică Swinburne , Institutul de Tehnologie din Tokyo și Universitatea din Michigan. Laboratorul PHI a încheiat, de asemenea, un acord de cercetare comun cu Centrul de Cercetare Ames NASA din Silicon Valley.

Timestamp-ul:

Mai mult de la În interiorul HPC