新たな研究: モアレ励起子で十倍に伸びた量子コヒーレンス時間

Tokyo京都大学の研究者たちは、量子技術において大きな進展を遂げました。彼らは、モアレエキシトンの量子コヒーレンス時間をより正確に測定する方法を発見しました。モアレエキシトンとは、2つの重なり合う材料によって形成されるパターンに閉じ込められた、電子とホールのペアです。これらのエキシトンは、将来のナノ半導体での利用が期待されています。

主要ポイント:

• 量子コンピュータの基本単位は量子ビット（キュービット）である。
• キュービットの動作は量子コヒーレンス時間に左右される。
• モアレ・エキシトンはキュービットとして役立つ可能性があるが、光の干渉により測定が難しい。
• 京都大学は電子ビーム微細加工と反応性イオンエッチングを用いてモアレ・エキシトンを分離した。
• ミケルソン干渉計を使用して、その量子コヒーレンス時間を測定した。

キュービットは量子コンピュータの基本単位であり、「量子コヒーレンス」と呼ばれる特別な状態を維持する必要があります。この状態を長く保持するほど、キュービットの性能は向上します。科学者たちは、未来の小型半導体で将来的にモアレ励起子が使用される可能性があると考えています。モアレ励起子とは、わずかにずれたパターンで電子とホールの対が捕捉されることによって形成されます。しかし、回折限界や多数のモアレ励起子からの干渉のために、これを正確に測定することは難しいです。

京都大学の研究者たちは、電子ビーム微細加工と反応性イオンエッチングを用いることで問題に取り組みました。これによって、個々のモアレエキシトンを分離することができました。その後、彼らはミケルソン干渉計を使用して、これらのエキシトンからの放出信号を測定し、量子コヒーレンス時間を特定しました。

京都大学先端エネルギー研究所の松田一成氏は、「ミケルソン干渉計を用いて単一モアレエキシトンの量子コヒーレンス時間を測定しました」と説明しました。その結果は注目すべきものでした。摂氏-269度において、単一モアレエキシトンの量子コヒーレンスは12ピコ秒以上も安定して持続し、これは元々の二次元半導体材料におけるエキシトンよりも10倍も長い時間でした。

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この発見はさまざまな用途に利用できるため、重要です。モアレ励起子は持続的なコヒーレンスを持ち、それが量子計算やその他の量子技術の向上に不可欠です。これらの励起子は干渉縞の中でより安定を保ち、損失を軽減します。この新しい方法は、より高度な量子実験や応用を支えることができます。

松田氏は将来の計画について述べ、「新しいナノ半導体を用いた量子コンピュータや他の量子技術の進展を目指して、次の段階の実験を開始することを目指しています」と語りました。この研究は、実用的な量子コンピュータの開発に不可欠なキュービットの信頼性向上に寄与する可能性があります。

京都大学は、モアレ励起子が量子コヒーレンスを維持できる時間を測定する新しい方法を開発しました。この進展は量子技術にとって重要であり、量子コンピュータがより安定し効率的になる可能性があり、多くの科学分野や産業に利益をもたらすかもしれません。向上したコヒーレンス時間と正確な測定技術は、量子コンピューティングやナノ半導体技術の未来に有望です。