科学者チームは、光の構造を利用して量子材料の特性をひねったり微調整したりする方法を開発した。その結果は本日発表されました。 自然、次世代の量子エレクトロニクス、量子コンピューティング、および情報の進歩への道を切り開く テクノロジー.
エネルギー省のSLAC国立加速器研究所とスタンフォード大学の研究者が率いるこのチームは、この方法を六方晶窒化ホウ素（hBN）として知られる材料に適用した。これは、独特の特性を持つハニカムパターンに配置された原子の単層である。量子操作に適しています。科学者らは実験で、電場が三つ葉のように見える特別な種類の光を使用して、超高速の時間スケールで量子レベルで物質の挙動を変化させ、制御した。
光波のねじれ方により、研究者は材料の量子特性、つまり電気とデータの流れに不可欠な電子の挙動を決定する規則を正確に制御することも可能になります。オンデマンドで量子特性を制御できるこの機能は、将来のテクノロジーのための超高速量子スイッチの作成への道を開く可能性があります。
「私たちの研究は、量子の世界にささやき、その秘密を明らかにしてもらう新しい方法を発見することに似ています」と、この研究を主導したSLACとスタンフォード大学の科学者シュバディープ・ビスワス氏は述べた。
従来の技術では、材料を処理するのに適切なエネルギーを持つ光が必要になることがよくありましたが、この新しいアプローチはその制限を巧みに回避しています。特別な種類の光を使用し、そのパターンを材料のパターンに合わせて調整することにより、科学者は、その自然の特性に束縛されることなく、材料を新しい構成に誘導することができます。
「この構造化された光は、素材を照らすだけではありません。それは私たちが制御できる方法で、オンデマンドでその量子特性を変化させながら、それを回り込んでいるのです」とビスワス氏は語った。
この柔軟性により、この方法は幅広いアプリケーションで機能することが可能になり、新しい技術の開発が容易になります。本質的に、チームは電子が新しい制御可能な方法で移動する条件を作成しました。それは例えば、量子コンピューター用の超高速スイッチの開発につながり、現在私たちが使用しているコンピューターを大幅に上回る可能性があります。
この研究は、当面の結果を超えて、材料のさまざまなエネルギーバレーに存在する電子の量子特性を情報処理に活用する分野である「バレートロニクス」の分野での将来の応用が期待されています。これらのエネルギー谷に一致する光を必要とする従来のアプローチとは異なり、新しい方法はより適応性があり、量子デバイスの開発に新しい方向性を提供します。
hBN の量子谷を操作する研究者の能力は、0 と 1 の XNUMX 値だけでなく、より複雑な量子情報でも動作する超高速量子スイッチなどの新しいデバイスにつながる可能性があります。これにより、情報をより高速かつ効率的に処理および保存できるようになります。
「単にスイッチをオンにしたりオフにしたりするだけではありません」と、共同研究者である LCLS の研究開発部門ディレクター、マティアス F. クリング氏は述べています。 「それは、同時に複数の状態に存在できるスイッチを作成し、デバイスの能力と可能性を大幅に向上させることです。これにより、材料の特性を量子レベルで設計する全く新しい方法が開かれます。潜在的なアプリケーションは、量子コンピューティングから新しい形式の量子情報処理に至るまで、広大です。」
この研究は、科学者が量子の世界と相互作用し、量子世界を制御できる基本的な方法にも光を当てています。関係する科学者にとって、量子の領域への旅は、発見のスリルだけでなく、可能性の限界を押し上げることでもあります。
「最もエキサイティングな側面の 1 つは、私たちの研究結果の大きな可能性です」とビスワス氏は言います。 「私たちはテクノロジーの新時代の頂点に立っており、量子材料の力を活用することで何が可能になるかを探求し始めたばかりです。」
チームには、ガーヒングのマックス・プランク量子光学研究所の研究者も含まれていた。ドイツのルートヴィヒ・マクシミリアン大学ミュンヘン。スペインのマドリッド科学材料研究所。