Учёные раскрывают потенциал 2D-материала для квантовых вычислений
Исследователи в Политехническом институте Ренсселера (RPI) нашли способ манипулировать свойствами перспективного 2D-материала, диселенида вольфрама (WSe2), позволяющий использовать его преимущества для более быстрых и эффективных вычислений, а также для хранения и обработки квантовой информации.
«Это совершенно новая парадигма, — утверждает Суфей Ши (Sufei Shi), доцент кафедры химической и биологической инженерии в RPI и соавтор статьи о данной работе, вышедшей в Nature Communications. — Выигрыш может быть огромным».
Ши и его группа в сотрудничестве с персоналом «чистого» помещения для микро- и нанопроизводства в Центре материалов, устройств и интегрированных систем RPI создали метод отделения тонких слоёв от кристалла WSe2 и переноса их на слои других атомарно-тонких материалов, таких как гексагональный нитрид бора или графен.
При взаимодействии со светом слоя WSe2, находящегося между двумя слоями нитрида бора, авторы наблюдали уникальный процесс — электроны и дырки создавали между собой прочные связи с получением электрически нейтральных квазичастиц — экситонов.
«Экситон, вероятно, является одним из наиболее важных понятий во взаимодействии света с веществом. Осознание этого, имеет решающее значение для сбора солнечной энергии, эффективных светодиодных приборов и почти всего, что связано с оптическими свойствами полупроводников, — заявил Ши. — Теперь мы обнаружили, что он к тому же может быть использован для хранения и обработки квантовой информации».
Интересной особенностью экситона в WSe2 является добавочная квантовая степень свободы, известная под названием «долинный спин» (valley spin). Она увеличивает привлекательность таких квазичастиц для квантовых вычислений. Однако экситоны обычно имеют малое время жизни, что делает их применение непрактичным.
В предшествовавшей публикации в Nature Communications, группа Ши рассказала об открытии особого «тёмного» экситона, который нельзя увидеть, но который имеет долгое время жизни. В этот раз, исследователи продемонстрировали способ сделать «тёмный» экситон видимым, заставив его взаимодействовать с другой квазичастицей — фононом. В результате такого взаимодействия рождается полностью новая квазичастица, обладающая всеми требуемыми свойствами: и стабильностью и степенью свободы долинного спина.
Результаты, полученные командой RPI при поддержке Офиса научных исследований ВВС США, по мнению Ши закладывают основу для будущих работ по созданию следующего поколения компьютеров и накопителей информации.