Raksasa Teknologi Kecil: Bagaimana Moiré Excitons Memajukan Komputasi Kuantum
Gambaran artistik dari moiré exciton dalam nano-semikonduktor. Kredit: KyotoU/Matsuda Lab
Para peneliti di Universitas Kyoto telah mengembangkan metode inovatif untuk mengukur waktu koherensi kuantum dari eksiton moiré, yang berpotensi meningkatkan qubit untuk komputasi kuantum.
Dengan menggunakan teknik mikrofabrikasi dan etsa canggih yang dikombinasikan dengan interferometri Michelson, mereka mengamati peningkatan stabilitas dalam koherensi kuantum pada suhu yang sangat rendah, secara signifikan mengungguli eksiton tradisional dalam semikonduktor.
Teknologi kuantum dapat diukur dalam qubit bahasa inggrisyang merupakan unit information paling dasar dalam komputer kuantum. Pengoperasian qubit dipengaruhi oleh waktu koherensi kuantum yang diperlukan untuk mempertahankan keadaan gelombang kuantum.
Para ilmuwan telah berhipotesis bahwa eksiton moiré —pasangan elektron-lubang yang dibatasi dalam pinggiran interferensi moiré yang tumpang tindih dengan pola yang sedikit bergeser—dapat berfungsi sebagai qubit dalam nano-semikonduktor generasi berikutnya.
Namun, karena keterbatasan difraksi, belum memungkinkan untuk memfokuskan cahaya secara memadai dalam pengukuran, sehingga menyebabkan interferensi optik dari banyak eksiton moiré.
Terobosan dalam Pengukuran Koherensi Kuantum
Untuk mengatasi hal ini, para peneliti Universitas Kyoto telah mengembangkan metode baru untuk mengurangi eksiton moiré ini guna mengukur waktu koherensi kuantum dan mewujudkan fungsionalitas kuantum. Tim telah mengamati perubahan sinyal fotoluminesensi eksiton moiré setelah proses fabrikasi.
“Kami menggabungkan teknik pembuatan mikro berkas elektron dengan etsa ion reaktif. Dengan memanfaatkan interferometri Michelson pada sinyal emisi dari eksiton moiré tunggal, kami dapat mengukur waktu koherensi kuantumnya secara langsung,” jelas Kazunari Matsuda dari Institut Energi Lanjutan KyotoU.
Implikasi untuk Komputasi Kuantum
Hasilnya menunjukkan bahwa koherensi kuantum dari eksiton moiré tunggal tetap stabil pada suhu -269°C selama lebih dari 12 pikodetik, sepuluh kali lebih lama daripada eksiton dalam materials induk, semikonduktor dua dimensi. Eksiton moiré yang terkurung dalam pinggiran interferensi mencegah hilangnya koherensi kuantum.
“Kami berencana untuk membangun pijakan bagi fase eksperimen berikutnya untuk memajukan komputasi kuantum dan teknologi kuantum lainnya dalam generasi nano-semikonduktor berikutnya,” imbuh Matsuda.
Referensi: “Koherensi kuantum dan interferensi eksiton moiré tunggal dalam heterobilayer semikonduktor monolayer terpilin yang dibuat nano” oleh Haonan Wang, Heejun Kim, Duanfei Dong, Keisuke Shinokita, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi dan Kazunari Matsuda, 8 Juni 2024, Komunikasi Alam.
DOI: 10.1038/s41467-024-48623-4
