Ученые лаборатории NTT Research PHI добились квантового контроля экситонов в 2D полупроводниках - Анализ новостей высокопроизводительных вычислений

Переиздано Платоном

Читают: 0

Ученые лаборатории NTT Research PHI добились квантового контроля экситонов в 2D полупроводниках - Анализ новостей высокопроизводительных вычислений | внутриHPC PlatoBlockchain Data Intelligence. Вертикальный поиск. Ай.

Саннивейл, Калифорния – 26 марта 2024 г. – НТТ Рисерч, Инк., подразделение NTT (TYO:9432), сегодня объявило, что ученые из его Лаборатория физики и информатики (PHI) добились квантового контроля волновых функций экситонов в двумерных (2D) полупроводниках. В статье, опубликованной в Наука развивается, группа под руководством научного сотрудника лаборатории PHI Тибо Черви и профессора ETH Zurich Пунита Мурти задокументировала свой успех в захвате экситонов различной геометрии, включая квантовые точки, и управлении ими для достижения независимой настройки энергии на масштабируемых массивах.

Этот прорыв был достигнут в лаборатории PHI в сотрудничестве с учеными из ETH Zurich, Стэнфордского университета и Национального института материаловедения в Японии. Экситоны, которые образуются, когда материал поглощает фотоны, имеют решающее значение для различных приложений, от сбора и генерации света до квантовой обработки информации. Однако достижение точного контроля над их квантово-механическим состоянием сталкивается с проблемами масштабируемости из-за ограничений существующих технологий изготовления. В частности, контроль над положением и энергией квантовых точек был основным препятствием на пути к квантовым приложениям. Эта новая работа открывает возможности для разработки динамики и взаимодействий экситонов на нанометровом уровне, что имеет значение для оптоэлектронных устройств и квантовой нелинейной оптики.

Квантовые точки, открытие и синтез которых получили признание в 2023 Нобелевская премияуже используются в видеодисплеях следующего поколения, биологических маркерах, криптографических схемах и т. д. Однако их применение к квантовым оптическим вычислениям, являющимся предметом исследовательской программы лаборатории PHI Lab, до сих пор ограничивалось очень небольшими системами. В отличие от сегодняшних цифровых компьютеров, которые выполняют булеву логику, используя конденсаторы либо для блокировки электронов, либо для того, чтобы позволить им течь, оптические вычисления сталкиваются с этой проблемой: фотоны по своей природе не взаимодействуют друг с другом.

Хотя эта функция полезна для оптической связи, она серьезно ограничивает вычислительные приложения. Нелинейные оптические материалы предлагают один из подходов, позволяя фотонные столкновения, которые можно использовать в качестве ресурса для логики. (Другая группа в лаборатории PHI концентрируется на одном из таких материалов — тонкопленочном ниобате лития.) Команда под руководством Черви работает на более фундаментальном уровне. «Вопрос, который мы рассматриваем, по сути, заключается в том, насколько далеко вы можете зайти в этом», — сказал он. «Если бы у вас была система, в которой взаимодействия или нелинейность были бы настолько сильными, что один фотон в системе блокировал бы прохождение второго фотона, это было бы похоже на логическую операцию на уровне отдельных квантовых частиц, которая помещает вас в область квантовой обработки информации. Это то, чего мы пытались достичь, улавливая свет в ограниченных экситонных состояниях».

Короткоживущие экситоны имеют составляющие электрические заряды (электрон и электрон-дырка), что делает их хорошими медиаторами взаимодействий между фотонами. Применяя электрические поля для управления движением экситонов в устройствах с гетероструктурой, которые представляют собой чешуйки двумерного полупроводника (толщиной 2 нанометра или трех атомов), Черви, Мурти и др. демонстрируют различные геометрии сдерживания, такие как квантовые точки и квантовые кольца. Самое главное, что эти места сдерживания формируются в контролируемых положениях и с настраиваемой энергией. «Техника, описанная в этой статье, показывает, что вы можете решить в котором вы поймаете экситон, но также при какой энергии он попадет в ловушку», — сказал Черви.

Масштабируемость — еще один прорыв. «Вам нужна архитектура, которую можно масштабировать до сотен сайтов», — сказал Черви. «Вот почему тот факт, что он электрически управляем, очень важен, потому что мы знаем, как контролировать напряжение в больших масштабах. Например, технологии КМОП очень хорошо управляют напряжениями на затворах миллиардов транзисторов. И наша архитектура по своей природе ничем не отличается от транзистора — мы просто сохраняем четко определенный потенциал напряжения на крошечном переходе».

Исследователи полагают, что их работа открывает несколько новых направлений не только для будущих технологических приложений, но и для фундаментальной физики. «Мы продемонстрировали универсальность нашей техники в электрическом определении квантовых точек и колец», — сказала Дженни Ху, основной соавтор и доктор философии Стэнфордского университета. студент (в Исследовательская группа профессора Тони Хайнца). «Это дает нам беспрецедентный уровень контроля над свойствами полупроводника на наноуровне. Следующим шагом будет более глубокое исследование природы света, излучаемого этими структурами, и поиск способов интеграции таких структур в передовые фотонные архитектуры».

Помимо проведения исследований квазичастиц и нелинейных материалов, ученые лаборатории PHI Lab занимаются работой над когерентной машиной Изинга (CIM) — сетью оптических параметрических генераторов, запрограммированных для решения проблем, отображенных в модели Изинга. Ученые лаборатории PHI также изучают нейробиологию на предмет ее соответствия новым вычислительным системам. Для реализации этой амбициозной программы лаборатория PHI заключила соглашения о совместных исследованиях с Калифорнийским технологическим институтом (Калтех), Корнеллским университетом, Гарвардским университетом, Массачусетским технологическим институтом (MIT), Университетом Нотр-Дам, Стэнфордским университетом, Технологическим университетом Суинберна. , Токийский технологический институт и Мичиганский университет. Лаборатория PHI также заключила соглашение о совместных исследованиях с Исследовательским центром Эймса НАСА в Кремниевой долине.