고급 산업 과학 및 기술 기관 (Yoshikawa Hiroyuki 회장) (이하 "AIST"), 광학 기술 연구 부서 [Watanabe Masanobe 회장 Watanabe Masanobe, Optoelectronic 컨트롤 피크 (Optoelectronic Control Device), Research Kazuhiro, CRES 연구원, Goto Kehiro 이사, Goto Kehiro, Goto Kazuhiro, Optoelectronic Control Device Group, Optical Technology Research Division [Watanabe MASANOBER] 회장 홍보 프로젝트 (CREST), 일본 과학 기술 기관 (이하 "JST"),바카라 게임 컴퓨터라이트 제어 유형바카라 게임 운영 요소이것은 세계에서 멀티 비트가 될 수있는 기본 요소 구조를 성공적으로 개발 한 최초의 것입니다
바카라 게임 컴퓨터는 현재 슈퍼 컴퓨터를 사용하더라도 천문학적 시간 소모 문제를 단기간에 해결할 수있는 엄청난 정보 처리 기능을 갖추고 있으며 여러 국가에서 연구가 수행되고 있습니다 바카라 게임 컴퓨터의 기본 요소에는 많은 비트를 실현하기 위해 작고 통합 될 수있는 구조가 필요합니다 따라서 최근 몇 년 동안 초전도체 및 반도체와 같은 고체 상태가 사용되었습니다바카라 게임 비트, 바카라 게임 운영 요소 (바카라 게임 게이트)에 대한 연구가 적극적으로 수행되고 있습니다 반도체에서흥분(전자/홀 페어)를 사용하는 사람들의 주요 특징은 광학 제어를 사용하여 초고속 계산 (피코 초에서 계산 단계)을 수행 할 수 있다는 것입니다 그러나, 산술 요소와 "계산에 필요한 큰 비트들 사이의 상호 작용 형성"에 대한 요구 사항 인 "멀티 비트 가능 구조"와 호환 될 수있는 기본 요소 구조에 대한보고는 없으며,이를 실현하는 것이 바람직했습니다
이 연구에서는 둘 이상의바카라 게임점닫기커플 링 된 바카라 게임점를 사용하여, 우리는 큐 비트에 엑시톤을 별도로 갇히게함으로써 멀티 비팅을 허용하고 점 사이의 거리를 적절하게 선택하여 큰 상호 작용을 가능하게하는 고유 한 구조를 제안합니다 이번에는MBE 메소드를 사용하여 층 두께 방향으로 결합 된 매우 작은 결합 된 도트 구조의 개발과 두 개의 엑시톤을 독립적으로 제어하고 측정하기위한 기술 개발을 통해, 우리는 다중 바이트가 될 수 있고 세계 최초의 두 비트 사이에 큰 상호 작용을하는 광 발전 된 2 퀴트 산술 요소 구조를 개발하는 데 성공했습니다 (그림 1, 2 및 5 참조)
이 연구 결과는 미국 아카데믹 저널 "응용 물리학 편지"의 최신호에 실 릴 것입니다 (12 월 19 일)
그림 1 결합 된 바카라 게임점에서 두 accitons를 사용하여 2 퀘트 산술 요소의 개념 다이어그램
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그림 2 결합 된 바카라 게임점의 단면의 전송 전자 현미경, 컴퓨팅 요소의 기본 구조, 직경 20 nm 및 높이 3 nm의 inas Quantum 도트가 GAAS 장벽 층을 통해 결합되는 구조입니다 (Photo Barrier Layer 7 nm)
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바카라 게임 컴퓨터에는 현재 슈퍼 컴퓨터를 사용하더라도 천문학적 시간 소모 문제를 단기간에 해결할 수있는 엄청난 정보 처리 기능이있을 것으로 예상됩니다 기존의 컴퓨터는 가장 작은 데이터 단위로 0 또는 1으로 구성된 비트를 사용하지만 바카라 게임 컴퓨터는 겹치는 상태를 큐 비트로 사용할 수있는 2 레벨 시스템을 사용합니다 또한 기존 컴퓨터의 논리적 작업이 한 쌍의 게이트 및 게이트로 구성 될 수있는 것처럼 바카라 게임 컴퓨터의 바카라 게임 논리 작업은 1 퀘트 산술 요소 (회전 게이트) 및 2 퀘트 산술 요소 (제어하지 않거나 회전 게이트를 제어)로 구성 할 수 있음을 이론적으로 입증했습니다 따라서,이 두 가지 유형의 바카라 게임 컴퓨팅 요소를 개발하는 것이 바카라 게임 컴퓨터를 실현하는 첫 단계입니다
장치 개발 측면에서, 원자 및 분자 시스템 (이온 트랩, NMR 등)을 사용한 장치에 대한 연구가 수행되었으며, 7 비트 바카라 게임 알고리즘에 대한 계산의 예가보고되었다 그러나 비트 수를 늘릴 때 원자 및 분자 시스템을 사용할 때 한계는 약 10 비트이므로 실제 알고리즘을 구현하기가 어렵습니다 따라서 최근 몇 년 동안, 수퍼 전도체 및 반도체와 같은 고체 상태를 사용하여 많은 수의 비트와 작은 통합으로 만들 수있는 장치에 대한 연구가 적극적으로 수행되었습니다
고체 상태를 사용하는 바카라 게임 운영 요소와 관련하여 단일 큐 비트 장치에 대한 많은 보고서가 있었지만, 두 개의 큐 비트 장치의 개발은 매우 어렵고 두 가지 보고서 만 만들어졌습니다 전기 제어 초전도체의 전하를 이용하는 요소와 광학적으로 제어 된 반도체 나노 구조에 흥분을 이용하는 요소입니다 후자의 광학적으로 제어 된 요소는 초고속 계산을 수행 할 수있는 탁월한 기능을 가지고 있지만 (한 가지 작동 단계는 피코 초에 피코 초에 이루어집니다), 산술 요소에 대한 요구 사항 인 "멀티 핏 가능성 구조"와 계산에 필요한 큰 상호 상호 작용을 형성하기가 어려웠습니다 " 지금까지보고 된 사례는 원칙적으로 다중 비트가 불가능한 구조의 작동 원리 만 보여주고 이와 호환 될 수있는 기본 요소 구조를 개발하는 것이 바람직했습니다
이 연구는 결합 된 바카라 게임 도트를 각 점에 가까운 2 개 이상의 바카라 게임점과 함께 사용하는 고유 한 구조를 제안하고, 큐 비트로 별도로 갇힌 엑시톤을 사용하여 다중 비팅을 가능하게하고, 도트들 사이의 거리를 적절하게 선택하고 인접한 바카라 게임점에 대한 흥분을 형성하는 전자의 스프레드를 확장하여 큰 상호 작용을 허용합니다 이번에는 실제로 다중 비팅이 될 수있는 결합 된 도트 구조를 제조하기위한 기술의 개발과 결합 된 점에서 두 개의 흥분 상태를 독립적으로 제어하고 관찰하기위한 기술의 개발을 통해, 우리는 두 쿼트 상태 (상호 작용 에너지 교대) (상호 작용 에너지 변화 ~ 13 mev)를 두 개의 쿼트 (13 mev)로 성공적으로 형성했다 큐 비트 산술 요소
AIST는 전통적으로 차세대 정보 및 통신을위한 초고속 광학 장치뿐만 아니라 향후 바카라 게임 정보 처리 및 통신 기술을위한 바카라 게임 정보 장치를 개발했습니다 이의 일부로, 우리는 AIST의 고유 한 제안을 기반으로 큐 비트로 결합 된 바카라 게임점 도트 구조에서 엑시톤을 사용하는 최초의 두 qubit 산술 요소 구조를 성공적으로 개발했으며, 고품질 반도체 바카라 게임 나노 구조 및 나노 전기를 제조하는 데 최첨단 기술을 사용하여 Ultra-High-Consucond (서브-포코 컨드)의 광학적 기술을 사용합니다
또한 JST의 도움 으로이 성과는 전략적 창의적 현상 및 운영 원리를 기반으로 Nanodevices 및 시스템 생성 "및"PhotoQuantum Phase Control and Calculation Technology "를 기반으로 한 Nanodevices 및 시스템을 만드는 전략적 Creative Research Promotion Project (CREST)의 연구 영역의 일부였습니다
이 연구에서 제안 된 2 퀴트 산술 요소는 두 개의 반도체 바카라 게임점 구조 (바카라 게임점 A, 바카라 게임점 도트 B)가 스태킹 방향으로 가까운 거리로 배열되고, 각 바카라 게임점에서 상이한 에너지 (파장)의 하나의 엑시톤 A와 B를 선택하는 결합 된 바카라 게임 도트를 제조하여 제조된다 결합 된 바카라 게임 도트를 사용한 장치의 구조 다이어그램은도 1과 2에 도시되어 있으며, 2 비트 장치의 상태 전이 다이어그램은 그림 3에 도시되어있다 큐 비트의 두 상태 "0"및 "1"은 관심있는 흥분이없고 존재하는 상태가 0 상태에 해당하는 상태에 해당한다 이후, A와 B 엑시톤의 4 개의 상태는 "A, B"= "00", "01", "10", "11"으로 표시됩니다
이 요소에서, 1 비트 계산 (회전 게이트 조작)은 0 내지 1 상태 또는 1 내지 0 상태의 acciton a 상태를 제어하여 수행 된 다음, 0 및 1의 상태는 흥분 A에 대한 전이 파장 (전이 에너지 : XA)의 광학 펄스를 사용하여 중첩된다
또한, 2 비트 계산 (제어 회전 게이트 작동)의 경우, acciton a는 제어 비트에 해당하고 acciton b는 대상 비트에 해당합니다 acciton a가 1이고 acciton b가 생성 될 때, 상호 작용 (비트 비트 상호 작용)이 흥분 사이에 발생하므로,이 에너지 변화는 엑시톤 A가 1 일 때만 회전 게이트 작동을 수행하는 데 사용됩니다 구체적으로, acciton a가 0 (그림 3의 "00"⇒ "01"인 경우 acciton b에 필요한 에너지가 XB 일 때 Bherecias에 에너지가 Xb 일 때 Bhereas에 에너지가 0 ( "00"⇒ "01"인 경우에만 사용됩니다 ( "10"⇒ "11"그림 3의 에너지는 acciton a와 acciton b 사이의 상호 작용 에너지 (ΔE)의 양에 의해 감소되며, 제어 로터리 게이트는 XB '의 에너지와 함께 선택적으로 빛을 반전시키고 (또는 1 내지 0 또는 중첩 된) B의 상태를 선택적으로 역전시키기 위해 작동된다 (wid1/펄스 폭) 따라서 XB의 에너지가 해당 에너지 폭 내에 들어가면 선택적 회전을 수행 할 수 없습니다 따라서, 상호 작용 에너지 (ΔE)의 크기는 제어 할 펄스의 에너지 폭보다 충분히 더 커야한다 광학적으로 제어 된 장치의 경우, 제어 펄스의 에너지 폭은 04 MeV (5 피코 초에 해당)에서 크기 때문에 비트 간의 상호 작용은 충분히 커야합니다
이 제안의 두 qubit 산술 요소 구조의 특징은 2 개의 바카라 게임점 (D) 사이의 거리를 적절하게 선택하고 두 바카라 게임점을 비교적 강한 결합 (d ~ 5 nm)으로 만들고, 엑시톤을 형성하는 구멍이 각 바카라 게임점에 별도로 존재하지만, 전자의 분포 부분에 대한 구조를 증가시킴으로써, 다른 바카라 게임 점 사이의 구조를 만들어 내고, 그리고, 그리고, 그리고, 그리고, 그것은, 그리고, 그리고, 그리고, 그리고, 그리고, 그리고, 그리고, 그것은 다른 바카라 게임점을 만들어 내고, 그리고, 그리고, 그것은 다른 바카라 게임점에 확장되고, 그리고, 그것은 다른 바카라 게임점에 확장되며, 그것은 다른 바카라 게임점에 팽창하여, 그리고, 그리고, 그리고, 그리고, 그리고, 그리고, 그리고, 그리고, 그리고, 그리고, 그리고, 그리고, 다른 바카라 게임점을 증가시키고, 그리고, 다른 바카라 게임점에 확장되는 것은 엑시톤은 독립적으로 제어 될 수있어 다중 비트 변환이 가능합니다
실제 장치 제조에서, INAS/GAAS 결합 된 바카라 게임점 구조는 MBE 방법을 사용하여 한 쌍의 바카라 게임점 구조에 빛을 입력하고 출력하는 다음 02 µm의 작은 개구부를 갖는 금속 마스크 (또는 마이크로 기둥 구조)를 바카라 게임점에 형성하고 전기장의 적용이 장치를 형성하도록하는 전극 구조를 형성 하였다 (그림 1 및 2 참조)
그림 4는 1 비트 상태에서 제조 된 장치의 측정 결과를 보여줍니다 (저온에서 약한 광습 조건에서 발광 특성) 그것은 구멍의 수준으로 인해 고 에너지 인 X2A 및 X2B의 피크를 반영하는 XA 및 XB 에너지의 방출 피크로 구성됩니다 이 요소 구조가 2 쿼트 산술 요소의 조건을 충족하는지 여부는 2 비트 상태 "00", "01", "10", "11"이 결합 된 바카라 게임점으로 독립적으로 생성되고 제어 될 수 있는지에 기초하여 조사되었다 무화과 도 5는 엑시톤 A와 B가 2 파장 레이저에 의해 독립적으로 여기 될 때 결합 된 도트의 방출 특성을 도시한다 아래 곡선은 acciton a (에너지 XA)의 상태 "10"이 독립적으로 생성 될 수 있음을 보여줍니다 중간 곡선은 acciton b (에너지 XB)의 상태 "01"이 독립적으로 생성 될 수 있음을 나타냅니다 도 1의 상부 곡선에서 도 5에서, 흥분 A와 B의 여기 상태가 광저가 될 때, XB의 에너지에서 새로운 방출 피크가 관찰되는데, 이는 XB에서 ΔE에 의해 이동 된 XB '의 에너지에서 관찰되며, "11"상태 (에너지 XB')의 형성이 가능하다는 것은 처음이다 이를 추가로 검증하기 위해, 우리가 엑시톤 B를 생성하고 "11"상태를 생성하는 동안 흥분 B가 생성 될 수 있는지 여부와 관련하여 펌프 광 전력 (x, y- 축)에 대한 2 개의 Qubit 상태 (Z- 축)로부터 XB '방출 강도를 조사 할 때, "11"상태를 형성하는데, 두 acciton a 및 acciton b가 "11"상태를 확인 하였다 (그림 6) 또한, 상호 작용 에너지 (XB와 XB '사이의 에너지 차이)는 04 MEV보다 충분히 크며, 이는 13 MEV에서 초고속 광학 제어의 요구 사항이며, 이는 처음으로 광학 제어 유형 장치 구조로서 멀티 비트가 될 수있는 2 쿼트 산술 요소로 사용될 수 있음을 보여 주었다
그림 3 1은 흥분을 사용하는 2 퀘트 산술 요소의 상태 다이어그램입니다 입력 ⇒ 제어 회전 게이트 작동에 대한 출력 관계는 "00"⇒ "00", "01"⇒ "01", "10"⇒- "11", "11"⇒ "10"
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그림 4 acciton a 및 acciton b의 방출 XA는 각각 제어 비트 및 타겟 비트로 사용됩니다 X2B 및 X2A는 각각 여기 구멍의 상태로 인해 엑시톤으로부터 빛을 방출합니다
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그림 5 XA (하단), XB (중심)의 배출량 A 또는 B 중 하나만 흥분 할 때 2 개의 흥분 A와 B가 하나의 흥분이 될 때 (위), 새로운 2 퀘트 상태 "11"(에너지 XB ')로부터의 방출이 관찰된다 비트 사이의 상호 작용을 갖는 2 개의 큐 비트 상태의 형성을 관찰했다
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그림 6 실험적 실험은 2 개의 Qubit 상태를 생성하여 2 개의 흥분 큐브 A와 B를 하나씩 생성하여 "11"을 생성합니다 2 개의 qubit 상태로부터의 방출 XB '는 각각의 흥분 A 및 b를 생성하기 위해 광 전력에 비례하여 증가한다 큐 비트 사이의 상호 작용에 의해 형성된 2 쿼트 상태 "11"이 생성되는 것이 처음으로 보여졌다
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