새로운 연구: 모아레 엑시톤으로 양자 코히런스 10배 연장, 양자 컴퓨팅 개선 전망
Seoul교토 대학의 연구진이 양자 기술 분야에서 중요한 진전을 이루었습니다. 그들은 모아레 엑시톤의 양자 코히어런스 시간을 측정하는 더 나은 방법을 발견했습니다. 모아레 엑시톤은 두 개의 중첩된 물질로 형성된 패턴에 갇힌 하나의 전자와 하나의 홀로 구성된 입자 쌍입니다. 이러한 엑시톤은 미래의 나노 반도체에 사용될 가능성이 있습니다.
양자 컴퓨터의 기본 단위인 큐비트는 양자 결맞음 시간에 의해 그 동작이 영향을 받습니다. 모아레 엑시톤은 큐비트로 사용될 가능성이 있지만, 광학 간섭 때문에 측정이 어려웠습니다. 교토대학은 전자빔 마이크로패브리케이션과 반응성 이온 식각 기술을 사용하여 모아레 엑시톤을 분리했습니다. 이들의 양자 결맞음 시간을 측정하기 위해 미켈슨 간섭계를 활용하였습니다.
큐비트는 양자 컴퓨터의 기본 단위로, 제대로 작동하기 위해서는 양자 코히어런스라는 특별한 상태를 유지해야 합니다. 이 상태를 오래 유지할수록 성능이 더 향상됩니다. 과학자들은 미래의 작은 반도체에서 큐비트로 모아레 엑시톤을 사용할 수 있을 것으로 생각하고 있습니다. 모아레 엑시톤은 전자와 정공 쌍이 약간 어긋난 패턴에 갇힐 때 형성됩니다. 하지만 회절 한계와 여러 모아레 엑시톤의 간섭 때문에 이들을 정확히 측정하는 것은 어렵습니다.
교토 대학의 연구진은 전자빔 미세 가공과 반응성 이온 식각을 사용하여 문제를 해결했습니다. 이를 통해 개별 모아레 엑시톤을 분리할 수 있었습니다. 연구진은 그런 다음 미켈슨 간섭계를 활용하여 이 엑시톤에서 방출되는 신호를 측정하고 이들의 양자 일관성 시간을 확인했습니다.
이번 발견은 다양한 측면에서 활용할 수 있어 중요합니다. 모아레 엑시톤은 긴 지속적인 일관성을 가지고 있으며, 이는 양자 컴퓨팅 및 기타 양자 기술을 향상하는 데 필수적입니다. 이러한 엑시톤은 간섭 무늬에서 더 안정적으로 유지되며 손실을 줄입니다. 이 새로운 방법은 보다 진보된 양자 실험 및 응용을 지원할 수 있습니다.
교토 대학은 모아레 엑시톤이 양자 코히런스를 유지할 수 있는 시간을 측정하는 새로운 방법을 개발했습니다. 이 발전은 양자 기술에 중요하며, 보다 안정적이고 효율적인 양자 컴퓨터로 이어질 수 있어 다양한 과학 분야와 산업에 혜택을 줄 수 있습니다. 개선된 코히런스 시간과 정확한 측정 기술은 양자 컴퓨팅과 나노 반도체 기술의 미래에 유망합니다.
연구는 여기에서 발표되었습니다:
http://dx.doi.org/10.1038/s41467-024-48623-4및 그 공식 인용 - 저자 및 저널 포함 - 다음과 같습니다
Haonan Wang, Heejun Kim, Duanfei Dong, Keisuke Shinokita, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Kazunari Matsuda. Quantum coherence and interference of a single moiré exciton in nano-fabricated twisted monolayer semiconductor heterobilayers. Nature Communications, 2024; 15 (1) DOI: 10.1038/s41467-024-48623-4
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