นักวิทยาศาสตร์ในห้องปฏิบัติการ PHI ของ NTT Research บรรลุการควบคุมควอนตัมของ Excitons ในเซมิคอนดักเตอร์ 2 มิติ - การวิเคราะห์ข่าวคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูง

เผยแพร่ซ้ำโดยเพลโต

ผู้ติดตาม: 0

นักวิทยาศาสตร์ในห้องปฏิบัติการ PHI ของ NTT Research บรรลุการควบคุมควอนตัมของ Excitons ในเซมิคอนดักเตอร์ 2 มิติ - การวิเคราะห์ข่าวคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูง | ภายในHPC PlatoBlockchain Data Intelligence ค้นหาแนวตั้ง AI.

ซันนีเวล แคลิฟอร์เนีย – 26 มีนาคม 2024 – เอ็นทีที รีเสิร์ช อิงค์ซึ่งเป็นแผนกหนึ่งของ NTT (TYO:9432) วันนี้ได้ประกาศให้นักวิทยาศาสตร์จากบริษัท ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์และสารสนเทศ (PHI) ได้รับการควบคุมควอนตัมของฟังก์ชันคลื่น exciton ในเซมิคอนดักเตอร์สองมิติ (2D) ในบทความที่ตีพิมพ์ใน วิทยาศาสตร์ก้าวหน้าซึ่งนำโดยนักวิทยาศาสตร์การวิจัยของ PHI Lab Thibault Chervy และศาสตราจารย์ Puneet Murthy ของ ETH ซูริก บันทึกความสำเร็จของพวกเขาในการดักจับ excitons ในรูปทรงเรขาคณิตต่างๆ รวมถึงจุดควอนตัม และการควบคุมสิ่งเหล่านั้นเพื่อให้บรรลุความสามารถในการปรับแต่งพลังงานที่เป็นอิสระเหนืออาร์เรย์ที่ปรับขนาดได้

ความก้าวหน้านี้ประสบความสำเร็จที่ PHI Lab โดยความร่วมมือกับนักวิทยาศาสตร์จาก ETH Zurich มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด และสถาบันวัสดุศาสตร์แห่งชาติในญี่ปุ่น Excitons ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อวัสดุดูดซับโฟตอน มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานตั้งแต่การเก็บเกี่ยวและการสร้างแสง ไปจนถึงการประมวลผลข้อมูลควอนตัม อย่างไรก็ตาม การบรรลุการควบคุมสถานะทางกลควอนตัมอย่างละเอียดนั้นประสบปัญหาด้านความสามารถในการขยายขนาด เนื่องจากข้อจำกัดในเทคนิคการประดิษฐ์ที่มีอยู่ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การควบคุมตำแหน่งและพลังงานของจุดควอนตัมเป็นอุปสรรคสำคัญในการขยายไปสู่การใช้งานควอนตัม งานใหม่นี้ปลดล็อกความเป็นไปได้สำหรับการเปลี่ยนแปลงทางวิศวกรรมและการโต้ตอบของ exciton ในระดับนาโนเมตร โดยมีผลกระทบต่ออุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์และเลนส์ไม่เชิงเส้นควอนตัม

ควอนตัมดอท ซึ่งการค้นพบและการสังเคราะห์ได้รับการยอมรับใน รางวัลโนเบล 2023ได้ถูกนำไปใช้แล้วในจอแสดงผลวิดีโอเจเนอเรชั่นถัดไป เครื่องหมายทางชีวภาพ แผนการเข้ารหัส และที่อื่นๆ อย่างไรก็ตาม การประยุกต์ใช้กับคอมพิวเตอร์ควอนตัมออปติคัลซึ่งเป็นจุดเน้นของวาระการวิจัยของ PHI Lab จนถึงขณะนี้ยังจำกัดอยู่เพียงระบบขนาดเล็กมากเท่านั้น ตรงกันข้ามกับคอมพิวเตอร์ดิจิทัลในปัจจุบันที่ใช้ตรรกะบูลีนโดยใช้ตัวเก็บประจุเพื่อปิดกั้นอิเล็กตรอนหรือปล่อยให้พวกมันไหล คอมพิวเตอร์แบบออปติคอลเผชิญกับความท้าทายนี้ โดยธรรมชาติแล้วโฟตอนไม่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกัน

แม้ว่าคุณสมบัตินี้จะมีประโยชน์สำหรับการสื่อสารแบบออปติก แต่ก็จำกัดการใช้งานด้านการคำนวณอย่างรุนแรง วัสดุเชิงแสงแบบไม่เชิงเส้นนำเสนอแนวทางเดียว โดยทำให้เกิดการชนกันของโฟโตนิกซึ่งสามารถใช้เป็นทรัพยากรสำหรับตรรกะได้ (อีกกลุ่มหนึ่งใน PHI Lab กำลังมุ่งเน้นไปที่วัสดุดังกล่าว นั่นคือลิเธียมไนโอเบตแบบฟิล์มบาง) ทีมงานที่นำโดย Chervy กำลังทำงานในระดับพื้นฐานที่มากขึ้น “คำถามที่เราพูดถึงคือโดยพื้นฐานแล้วคุณสามารถผลักดันสิ่งนี้ได้ไกลแค่ไหน” เขากล่าว “ถ้าคุณมีระบบที่ปฏิสัมพันธ์หรือความไม่เชิงเส้นจะรุนแรงมากจนโฟตอนตัวหนึ่งในระบบจะขัดขวางการผ่านของโฟตอนตัวที่สอง นั่นก็เหมือนกับการดำเนินการเชิงตรรกะที่ระดับอนุภาคควอนตัมเดี่ยว ซึ่งนำคุณเข้าสู่ ขอบเขตของการประมวลผลข้อมูลควอนตัม นี่คือสิ่งที่เราพยายามทำให้สำเร็จ โดยกักแสงไว้ภายในสภาวะเอ็กซิโทนิกที่จำกัด”

สารกระตุ้นที่มีอายุสั้นจะมีประจุไฟฟ้าเป็นส่วนประกอบ (อิเล็กตรอนและรูอิเล็กตรอน) ซึ่งทำให้พวกมันเป็นตัวกลางที่ดีในการโต้ตอบระหว่างโฟตอน การใช้สนามไฟฟ้าเพื่อควบคุมการเคลื่อนที่ของ excitons บนอุปกรณ์โครงสร้างเฮเทอโรที่มีเกล็ดเซมิคอนดักเตอร์ 2 มิติ (หนา 0.7 นาโนเมตรหรือสามอะตอม), Chervy, Murthy และอื่น ๆ สาธิตรูปทรงต่างๆ ของการกักกัน เช่น จุดควอนตัม และวงแหวนควอนตัม สิ่งที่สำคัญที่สุดคือสถานที่กักกันเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นในตำแหน่งที่ควบคุมได้และพลังงานที่ปรับได้ “เทคนิคในบทความนี้แสดงให้เห็นว่าคุณสามารถตัดสินใจได้ ที่ไหน คุณจะดักจับ exciton แต่ยัง พลังงานไหน มันจะติดกับดัก” เชอร์วีกล่าว

ความสามารถในการขยายขนาดถือเป็นความก้าวหน้าอีกประการหนึ่ง “คุณต้องการสถาปัตยกรรมที่สามารถรองรับไซต์ได้หลายร้อยแห่ง” Chervy กล่าว “นี่คือเหตุผลว่าทำไมการควบคุมด้วยระบบไฟฟ้าจึงมีความสำคัญมาก เพราะเรารู้วิธีควบคุมแรงดันไฟฟ้าในสเกลขนาดใหญ่ ตัวอย่างเช่น เทคโนโลยี CMOS นั้นดีมากในการควบคุมแรงดันเกตของทรานซิสเตอร์หลายพันล้านตัว และสถาปัตยกรรมของเราก็ไม่ได้แตกต่างไปจากทรานซิสเตอร์ เราแค่รักษาศักย์ไฟฟ้าที่กำหนดไว้อย่างดีไว้บนทางแยกเล็กๆ เท่านั้น”

นักวิจัยเชื่อว่างานของพวกเขาเปิดทิศทางใหม่ๆ มากมาย ไม่เพียงแต่สำหรับการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีในอนาคตเท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงฟิสิกส์พื้นฐานด้วย “เราได้แสดงให้เห็นถึงความเก่งกาจของเทคนิคของเราในการกำหนดจุดควอนตัมและวงแหวนทางไฟฟ้า” Jenny Hu ผู้ร่วมเขียนหลักและปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดกล่าว นักเรียน (ใน กลุ่มวิจัยของศาสตราจารย์โทนี่ ไฮนซ์- “สิ่งนี้ทำให้เราสามารถควบคุมคุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์ในระดับนาโนได้อย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน ขั้นตอนต่อไปคือการตรวจสอบธรรมชาติของแสงที่ปล่อยออกมาจากโครงสร้างเหล่านี้ให้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น และค้นหาวิธีในการรวมโครงสร้างดังกล่าวเข้ากับสถาปัตยกรรมโฟโตนิกส์ที่ล้ำสมัย”

นอกเหนือจากการดำเนินการวิจัยเกี่ยวกับอนุภาคกึ่งอนุภาคและวัสดุที่ไม่เป็นเชิงเส้นแล้ว นักวิทยาศาสตร์ของ PHI Lab ยังมีส่วนร่วมในงานที่เกี่ยวข้องกับเครื่อง Ising ที่สอดคล้องกัน (CIM) ซึ่งเป็นเครือข่ายของเครื่องออสซิลเลเตอร์แบบพาราเมตริกแบบออปติคัลที่ตั้งโปรแกรมไว้เพื่อแก้ปัญหาที่แมปกับแบบจำลอง Ising นักวิทยาศาสตร์ของ PHI Lab กำลังสำรวจประสาทวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับความเกี่ยวข้องกับกรอบการคำนวณใหม่ เพื่อดำเนินการตามวาระอันทะเยอทะยานนี้ PHI Lab ได้บรรลุข้อตกลงการวิจัยร่วมกับสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย (Caltech), มหาวิทยาลัยคอร์เนล, มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด, สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT), มหาวิทยาลัยนอเทรอดาม, มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด, มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสวินเบิร์น สถาบันเทคโนโลยีแห่งโตเกียว และมหาวิทยาลัยมิชิแกน นอกจากนี้ PHI Lab ยังได้ลงนามข้อตกลงการวิจัยร่วมกับศูนย์วิจัย NASA Ames ในซิลิคอนแวลลีย์อีกด้วย