Licht-materie-interactie onthult een nieuw paradigma van kwantuminformatietechnologie

Een onderzoeksteam onder leiding van professor Jaedong Lee van de afdeling Chemische Fysica van DGIST heeft een nieuwe kwantumtoestand geïntroduceerd en een baanbrekend mechanisme voor het extraheren en controleren van kwantuminformatie met behulp van exciton- en Floquet-toestanden.

In samenwerking met professor Noejung Park van de afdeling natuurkunde van UNIST heeft het team voor het eerst het vormings- en syntheseproces van exciton- en Floquet-toestanden gedemonstreerd, die voortkomen uit licht-materie-interacties in tweedimensionale halfgeleiders.

De studie, gepubliceerd in Nano-brieven in oktober legt kwantuminformatie in realtime vast terwijl deze zich ontvouwt door verstrengeling, en biedt waardevolle inzichten in het excitonvormingsproces in deze materialen, waardoor de kwantuminformatietechnologie wordt bevorderd.

In tegenstelling tot traditionele driedimensionale vaste stoffen, waar kwantumcoherentie moeilijk te handhaven is vanwege thermische invloeden, hebben tweedimensionale halfgeleiders energieniveaus voor excitonen en geleidingsbanden die verschillend blijven vanwege zwakkere screeningseffecten, waardoor de coherentie gedurende langere perioden behouden blijft.

Dit onderscheid maakt tweedimensionale halfgeleiders veelbelovend voor de ontwikkeling van kwantuminformatie-apparaten. Toch zijn de coherentie- en decoherentiemechanismen van elektronen tijdens de vorming van excitonen tot nu toe slecht begrepen.

Door middel van theoretische berekeningen met behulp van tijdsopgeloste hoek-opgeloste foto-elektronenspectroscopie op tweedimensionale halfgeleidermaterialen, bevestigde het team van professor Lee dat de vorming van excitonen samenvalt met de creatie van een Floquet-toestand, waardoor een gecombineerde nieuwe kwantumtoestand ontstaat.

Bovendien identificeerden ze het mechanisme waardoor kwantumverstrengeling binnen deze toestand plaatsvindt en stelden ze een realtime methode voor om kwantuminformatie te extraheren, ontvouwen en controleren.

Professor Jaedong Lee, van de afdeling Chemische Fysica van DGIST, zei: “We hebben een nieuwe kwantumtoestand ontdekt, bekend als de exciton-Floquet-synthesetoestand, en hebben een nieuw mechanisme voorgesteld voor kwantumverstrengeling en kwantuminformatie-extractie. Dit zal naar verwachting vooruitgaan. kwantuminformatietechnologieonderzoek in tweedimensionale halfgeleiders.”

Professor Noejung Park van UNIST voegde hieraan toe: “Dit onderzoek zet een nieuw paradigma neer voor kwantuminformatietechnologie, inclusief kwantumcomputers, en markeert een belangrijke mijlpaal voor de realisatie ervan.”