艺术家在纳米半导体中渲染摩尔激子。图片来源：KyotoU/Matsuda Lab

量子技术可以用量子比特来量化，量子比特是量子计算机中最基本的数据单位。量子比特的操作受维持量子波态所需的量子相干时间的影响。

科学家们推测，摩尔纹激子——限制在摩尔干涉条纹中的电子-空穴对，与轻微偏移的图案重叠——可能在下一代纳米半导体中充当量子比特。

然而，由于衍射限制，在测量中无法将光聚焦足够多，从而引起许多摩尔纹激子的光学干扰。

为了解决这个问题，京都大学的研究人员开发了一种减少这些摩尔纹激子的新方法，以测量量子相干时间并实现量子功能。该团队观察到在制造过程之后摩尔纹激子的光致发光信号发生变化。该研究成果发表在《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。

“我们将电子束微纳加工技术与反应离子蚀刻相结合。通过利用迈克尔逊干涉测量法对单个莫尔激子的发射信号，我们可以直接测量其量子相干时间，“京都大学高级能源研究所的Kazunari Matsuda解释说。

结果表明，单个摩尔纹激子的量子相干性在-269°C下保持稳定超过12皮秒，比母材（二维半导体）中的激子长10倍。干涉条纹中的受限摩尔纹激子可以防止量子相干性的损失。

“我们计划为下一阶段的实验建立立足点，以推进下一代纳米半导体中的量子计算和其他量子技术，”Matsuda补充道。

更多信息：Haonan Wang等人，纳米制造的扭曲单层半导体异质双层中单摩尔纹激子的量子相干性和干涉，《自然通讯》（Nature Communications，2024）。DOI： 10.1038/s41467-024-48623-4

期刊信息： Nature Communications