Kvantberäkningens framtid kan bero på vidareutveckling och förståelse för halvledarmaterial som kallas övergångsmetalldikalkogenider (TMDC). Dessa atomtunna material utvecklar unika och användbara elektriska, mekanisk, och optiska egenskaper när de manipuleras av tryck, ljus, eller temperatur.

I forskning publicerad idag i Naturkommunikation , ingenjörer från Rensselaer Polytechnic Institute visade hur, när TMDC -materialen som de tillverkar staplas i en viss geometri, interaktionen som uppstår mellan partiklar ger forskare mer kontroll över enheternas egenskaper. Specifikt, interaktionen mellan elektroner blir så stark att de bildar en ny struktur som kallas ett korrelerat isoleringstillstånd. Detta är ett viktigt steg, forskare sa, för att utveckla kvantemitrar som behövs för framtida kvantsimulering och beräkning.

"Det händer något spännande, "sa Sufei Shi, biträdande professor i kemisk och biologisk teknik vid Rensselaer, som ledde detta arbete. "En av de kvantitetsgrader som vi hoppas kunna använda vid kvantberäkning förstärks när detta korrelerade tillstånd existerar."

Mycket av Shis forskning har fokuserat på att få en bättre förståelse för excitonens potential, som bildas när en elektron, upphetsad av ljus, bindningar med ett hål - en positivt laddad version av elektronen. Shi och hans team har visat detta fenomen i TMDC -enheter tillverkade av lager av volframdisulfid (WS ₂ ) och volframdiselenid (WSe ₂ ). Nyligen, laget observerade också skapandet av en exciton mellan lager, som bildas när en elektron och ett hål finns i två olika materiallager. Fördelen med denna typ av exciton, Shi sa, är att den håller en längre livslängd och reagerar mer avsevärt på ett elektriskt fält - vilket ger forskare större förmåga att manipulera dess egenskaper.

I sin senaste forskning, Shi och hans team visade hur, genom att stapla TMDC på ett särskilt sätt, de kan utveckla ett galler som kallas ett moiré -supergitter. Föreställ dig två pappersark staplade ovanpå varandra, var och en med samma mönster av sexkantar skurna ur dem. Om du skulle flytta vinkeln på ett av pappersbitarna, hexagonerna skulle inte längre matcha perfekt. Den nya formationen liknar den för ett moiré -supergitter.

Fördelen med en sådan geometri, Shi sa, är att det uppmuntrar elektroner och excitoner mellan skikt att binda ihop, ytterligare öka mängden kontrollforskare har över excitonerna själva. Denna upptäckt, Shi sa, är ett viktigt steg mot att utveckla kvantemitterare som kommer att behövas för framtida kvantsimulering och kvantberäkning.

"Det har i princip öppnat dörren till en ny värld. Vi ser många saker redan, bara genom att kika in genom dörren, men vi har ingen aning om vad som kommer att hända om vi öppnar dörren och går in, "Sa Shi." Det är vad vi vill göra, vi vill öppna dörren och komma in. "