2024-07-02 京都大学
量子コンピューターに代表される量子技術では、量子ビットと呼ばれる演算単位を用意する必要があります。そのような量子ビットでは、量子的な波の状態がどれだけの時間維持されているかを示す、量子コヒーレンス時間が重要な量となっています。近年、わずか原子数層の極めて薄い二次元半導体と呼ばれる次世代ナノ半導体において、その二次元半導体を重ねてできるモアレ干渉縞に閉じ込められた、電子とホール対（モアレ励起子）を量子ビットとして機能させることが期待されています。しかし、このモアレ励起子の量子コヒーレンス時間に関する情報は、技術的な困難さから未解明のままでした。
この度、Haonan Wang エネルギー科学研究科博士課程学生、篠北啓介 エネルギー理工学研究所助教、松田一成 同教授、渡邊賢司 物質・材料研究機構特命研究員、谷口尚 同理事らの研究グループは、技術的に困難である光で生成されるモアレ励起子の数を減らす新たな技術を開発し、その量子コヒーレンス時間を測ることに成功しました。これは、次世代ナノ半導体による量子技術への応用に向けた第一歩であると考えられます。
本研究成果は、2024年6月8日に、国際学術誌「Nature Communications」にオンライン掲載されました。
二次元半導体のモアレ励起子からの発光と量子コヒーレンス測定のイメージ
研究者のコメント
「この研究の意義は、量子力学的なコヒーレンスという重要な物理量を、次世代ナノ半導体のモアレ超格子という興味深く有望なプラットフォームで、明らかにできたことです。この研究をきっかけとして、新しい半導体での量子デバイスの開発に向けて大きな可能性を示すことができました。」（Haonan Wang）
詳しい研究内容について
二次元半導体を重ねたモアレ縞からの量子コヒーレンス測定に成功：次世代ナノ半導体による量子技術への第一歩
研究者情報
研究者名：篠北啓介
研究者名：松田 一成
書誌情報
【DOI】
https://doi.org/10.1038/s41467-024-48623-4
【書誌情報】
Haonan Wang, Heejun Kim, Duanfei Dong, Keisuke Shinokita, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Kazunari Matsuda (2024). Quantum coherence and interference of a single moiré exciton in nano-fabricated twisted monolayer semiconductor heterobilayers. Nature Communications, 15, 4905.
