Ny kombination af materialer giver fremskridt mod kvanteberegning

Fremtiden for kvanteberegning kan afhænge af den videre udvikling og forståelse af halvledermaterialer kendt som overgangsmetaldichalcogenider (TMDC'er). Disse atomtynde materialer udvikler unikke og nyttige elektriske, mekanisk, og optiske egenskaber, når de manipuleres med tryk, lys, eller temperatur.

I forskning offentliggjort i dag i Naturkommunikation , ingeniører fra Rensselaer Polytechnic Institute demonstrerede, hvordan når TMDC -materialerne, de laver, er stablet i en bestemt geometri, den interaktion, der opstår mellem partikler, giver forskere mere kontrol over enhedernes egenskaber. Specifikt, interaktionen mellem elektroner bliver så stærk, at de danner en ny struktur kendt som en korreleret isolerende tilstand. Dette er et vigtigt skridt, forskere sagde, mod udvikling af kvanteemittere, der er nødvendige for fremtidig kvantsimulering og computing.

"Der sker noget spændende, "sagde Sufei Shi, en adjunkt i kemisk og biologisk teknik på Rensselaer, der ledede dette arbejde. "En af de kvante frihedsgrader, som vi håber at bruge i kvanteberegning, forbedres, når denne korrelerede tilstand eksisterer."

Meget af Shis forskning har fokuseret på at få en bedre forståelse af excitonens potentiale, som dannes når en elektron, begejstret for lys, bindinger med et hul - en positivt ladet version af elektronen. Shi og hans team har demonstreret dette fænomen i TMDC -enheder fremstillet af lag af wolframdisulfid (WS ₂ ) og wolframdiselenid (WSe ₂ ). For nylig, holdet observerede også oprettelsen af ​​en mellemlags exciton, som dannes, når der findes en elektron og et hul i to forskellige lag af materiale. Fordelen ved denne type exciton, Shi sagde, er, at det holder en længere levetid og reagerer mere markant på et elektrisk felt - hvilket giver forskere større evne til at manipulere dets egenskaber.

I deres seneste forskning, Shi og hans team viste hvordan, ved at stable TMDC'er på en bestemt måde, de kan udvikle et gitter kendt som et moiré -supergitter. Billede to ark papir stablet oven på hinanden, hver med det samme mønster af sekskanter skåret ud af dem. Hvis du skulle flytte vinklen på et af stykkerne papir, sekskanterne ville ikke længere passe perfekt sammen. Den nye formation ligner den for en moiré supergitter.

Fordelen ved en sådan geometri, Shi sagde, er, at det tilskynder elektroner og mellemlags excitoner til at binde sig sammen, yderligere at øge mængden af ​​kontrolforskere har over excitonerne selv. Denne opdagelse, Shi sagde, er et vigtigt skridt i retning af at udvikle kvanteemittere, der vil være nødvendige for fremtidig kvantesimulering og kvanteberegning.

"Det har i det væsentlige åbnet døren til en ny verden. Vi ser mange ting allerede, bare ved at kigge ind ad døren, men vi aner ikke, hvad der skal ske, hvis vi åbner døren og kommer indenfor, "Sagde Shi." Det er det, vi vil gøre, vi vil åbne døren og komme ind. "