京都大学的研究人员开发了一种突破性的方法来测量莫尔激子的量子相干时间，这有望改进量子计算的量子比特。

通过使用先进的微制造和蚀刻技术，并结合迈克尔逊干涉测量法，他们观察到在极低温度下量子相干性的稳定性得到了增强，显著优于半导体中的传统激子。

量子技术可以通过量子比特来衡量，量子比特是量子计算机中最基本的数据单位。量子比特的运行受到维持量子波态所需的量子相干时间的影响。

科学家们推测，莫尔激子（被限制在莫尔干涉条纹中的电子-空穴对，这些条纹与略有偏移的图案重叠）可能在下一代纳米半导体中充当量子比特。

然而，由于衍射极限，在测量中无法将光聚焦到足够程度，导致来自许多莫尔激子的光学干涉。

量子相干性测量的突破

为了解决这一问题，京都大学的研究人员开发了一种新方法，通过减少这些莫尔激子来测量量子相干时间并实现量子功能。研究团队观察到了在制造过程中莫尔激子的光致发光信号的变化。

京都大学先进能源研究所的Kazunari Matsuda解释说：“我们将电子束微加工技术与反应离子蚀刻技术相结合。通过利用Michelson干涉测量法对单个莫尔激子的发射信号进行测量，我们可以直接测量其量子相干时间。”

对量子计算的启示

结果显示，单个莫尔激子在-269℃下可维持超过12皮秒的量子相干性，这是其母材料——二维半导体中激子量子相干性持续时间的十倍。干涉条纹中的莫尔激子被限制，可防止量子相干性的损失。

松田补充道：“我们计划在下一代纳米半导体上为量子计算和其他量子技术的下一阶段实验建立立足点。”

参考：王浩南、金熙俊、董端飞、篠北启介、渡边健治、谷口隆司和松田和奈里合著的《纳米制造扭曲单层半导体异质双层中单个莫尔激子的量子相干性和干涉性》，2024年6月8日，《自然通讯》。DOI: 10.1038/s41467-024-48623-4