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Uma representação artística de excitons moiré em um nano-semicondutor. Crédito: KyotoU/Matsuda Lab
Pesquisadores da Universidade de Kyoto desenvolveram um método inovador para medir o tempo de coerência quântica de excitons moiré, potencialmente melhorando qubits para Computação quântica.
Ao usar técnicas avançadas de microfabricação e gravação combinadas com interferometria de Michelson, eles observaram maior estabilidade na coerência quântica em temperaturas extremamente baixas, superando significativamente os excitons tradicionais em semicondutores.
A tecnologia quântica é quantificável em qubitsque são a unidade mais básica de dados em computadores quânticos. A operação de qubits é afetada pelo tempo de coerência quântica necessário para manter um estado de onda quântica.
Os cientistas levantaram a hipótese de que éxcitons moiré — pares elétron-buraco confinados em franjas de interferência moiré que se sobrepõem com padrões ligeiramente deslocados — podem funcionar como qubits em nano-semicondutores de última geração.
Entretanto, devido aos limites de difração, não foi possível focalizar a luz o suficiente nas medições, causando interferência óptica de muitos éxcitons moiré.
Avanço na medição de coerência quântica
Para resolver isso, pesquisadores da Universidade de Kyoto desenvolveram um novo método de redução desses excitons moiré para medir o tempo de coerência quântica e realizar a funcionalidade quântica. A equipe observou sinais de fotoluminescência em mudança de excitons moiré após o processo de fabricação.
“Combinamos técnicas de microfabricação de feixe de elétrons com gravação de íons reativos. Ao utilizar a interferometria de Michelson no sinal de emissão de um único exciton moiré, pudemos medir diretamente seu tempo de coerência quântica”, explica Kazunari Matsuda do Instituto de Energia Avançada da Universidade de Kyoto.
Implicações para a computação quântica
Os resultados mostram que a coerência quântica de um único exciton moiré permanece estável a -269°C por mais de 12 picossegundos, dez vezes mais do que a de um exciton no material original, um semicondutor bidimensional. Os excitons moiré confinados em franjas de interferência previnem a perda de coerência quântica.
“Planejamos estabelecer uma base para a próxima fase de experimentos para o avanço da computação quântica e outras tecnologias quânticas na próxima geração de nano-semicondutores”, acrescenta Matsuda.
Referência: “Coerência quântica e interferência de um único exciton moiré em heterobicamadas semicondutoras monocamadas torcidas nanofabricadas” por Haonan Wang, Heejun Kim, Duanfei Dong, Keisuke Shinokita, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi e Kazunari Matsuda, 8 de junho de 2024, Comunicações da Natureza.
DOI: 10.1038/s41467-024-48623-4