Artystyczna wizja ekscytonów mory w nano-półprzewodniku. Źródło: KyotoU/Matsuda Lab
Naukowcy z Uniwersytetu w Kioto opracowali przełomową metodę pomiaru czasu koherencji kwantowej ekscytonów mory, potencjalnie poprawiając kubity obliczenia kwantowe.
Stosując zaawansowane techniki mikrofabrykacji i trawienia w połączeniu z interferometrią Michelsona, zaobserwowali zwiększoną stabilność spójności kwantowej w ekstremalnie niskich temperaturach, znacznie przewyższając tradycyjne ekscytony w półprzewodniki.
Technologia kwantowa jest wymierna w kubity, które są najbardziej podstawową jednostką danych w komputerach kwantowych. Na działanie kubitów wpływa czas koherencji kwantowej wymagany do utrzymania stanu fali kwantowej.
Naukowcy postawili taką hipotezę ekscytony mory — pary elektron-dziura zamknięte w prążkach interferencyjnych mory, które nakładają się na siebie z lekko przesuniętymi wzorami — mogą funkcjonować jako kubity w nanopółprzewodnikach nowej generacji.
Jednakże ze względu na ograniczenia dyfrakcyjne nie było możliwe wystarczające skupienie światła w pomiarach, co spowodowało zakłócenia optyczne z powodu wielu ekscytonów mory.
Przełom w kwantowych pomiarach koherencji
Aby rozwiązać ten problem, badacze z Uniwersytetu w Kioto opracowali nową metodę redukcji ekscytonów mory w celu pomiaru czasu koherencji kwantowej i realizacji funkcjonalności kwantowej. Zespół zaobserwował zmieniające się sygnały fotoluminescencji ekscytonów mory w trakcie procesu wytwarzania.
„Połączyliśmy techniki mikrofabrykacji wiązką elektronów z reaktywnym trawieniem jonowym. Wykorzystując interferometrię Michelsona w sygnale emisji pojedynczego ekscytonu mory, moglibyśmy bezpośrednio zmierzyć czas koherencji kwantowej” – wyjaśnia Kazunari Matsuda z Instytutu Zaawansowanej Energii w KiotoU.
Implikacje dla obliczeń kwantowych
Wyniki pokazują, że spójność kwantowa pojedynczego ekscytonu mory pozostaje stała w temperaturze -269°C przez ponad 12 pikosekund, dziesięć razy dłużej niż w przypadku ekscytonu w materiale macierzystym, dwuwymiarowym półprzewodniku. Zamknięte ekscytony mory na prążkach interferencyjnych zapobiegają utracie spójności kwantowej.
„Planujemy utworzenie przyczółka dla kolejnej fazy eksperymentów mających na celu udoskonalenie obliczeń kwantowych i innych technologii kwantowych w następnej generacji nanopółprzewodników” – dodaje Matsuda.
Odniesienie: „Kwantowa spójność i interferencja pojedynczego ekscytonu mory w nanofabrykowanych skręconych jednowarstwowych heterobilayerach półprzewodników” Haonan Wang, Heejun Kim, Duanfei Dong, Keisuke Shinokita, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi i Kazunari Matsuda, 8 czerwca 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-48623-4
