量子

2023 年 8 月 29 日のダイアログ

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コーサラ・ヘラスとマリン・プレマラトネ著

高速なデータ共有と処理に対する需要により、無線通信システムの帯域幅拡大競争が引き起こされています。 これは、帯域幅とデータ レートが 1 年半ごとに約 2 倍になるというエドホルムの法則で説明されています。 私たちのワイヤレス ネットワークが限界に近づくにつれ、さらに高速なデータ レートを求める研究者は、ミリ波、テラヘルツ、光周波数などのより高い周波数帯域という未知の領域の探索を促しています。

ミリ波は短距離無線システムに採用されていますが、将来の需要にはさらに多くの波長が必要です。 光無線通信は高帯域幅を提供しますが、安全規制やノイズの問題による課題に直面しています。 テラヘルツ通信は、統合されたマイクロプロセッサのようなチップスケールのアプリケーションであっても、日常のアプリケーションに信じられないほど高速なデータレートを提供する可能性があります。

現代のコンピューティングは、マルチコア プロセッサ、つまり複数の処理ユニットを備えた小型デバイスに大きく依存しています。 最近、メーカーはより多くの処理ユニットを追加し、チップ システムを小型化することでパフォーマンスを向上させています。 これにより、狭いスペース内に個々のコンピューティング部品の数が大幅に増加し、部品間の接続がより複雑になりました。 ただし、これらの部品を接続する従来の方法は非効率的であり、システムの速度が低下する可能性があります。

この課題に対処するために、テラヘルツ範囲内で動作する無線通信方式を使用するという興味深いソリューションが登場します。 これらの方法により、システムのさまざまなコンポーネント間で迅速かつ効率的なワイヤレス接続を確立できます。 ただし、これらのテクノロジーを効果的に実装するには、システムの受信側で信号を処理するためのさまざまなコンポーネントを統合する必要があります。 これには、送信信号から情報を検出してデコードするという重要なタスクが含まれます。 さらに、受信機アンテナをテラヘルツ搬送信号の特定の波長に合わせると、受信機を小型化することが困難になる。

その結果、現在のアプローチでは、多くの場合、受信機が大きく、重く、信頼性が低くなります。 この制限により、研究者は小型軽量なだけでなく消費電力も少ない革新的な受信機技術の開発に注力するようになりました。

私たちの研究チームは、量子スケールのテラヘルツ信号検出器および復調器という包括的な理論的枠組みを発表しました。 この革新的なアプローチは、激しい周期的な駆動にさらされたときの電荷キャリアの量子挙動を利用します。 私たちの研究結果は、Physica Scripta 誌に掲載されました。

物性物理学の分野では、平衡状態ではアクセスできない新しい量子相を明らかにするには、光と物質の相互作用を利用して量子材料を平衡から遠い状態に導くことが重要です。 よく引用される手法の中で、Floquet エンジニアリングが際立っています。 この技術により、研究者は、系が強力な時間周期放射線にさらされたときに出現する多くの新しい量子状態を探索できるようになります [1、2、3]。

フロケット工学のおかげで、我々は、二次元半導体量子井戸の伝導率が、特定の範囲内で照射される放射線の周波数と直線的に関係することを示しました。 私たちの発見の基礎は、二次元半導体に周期的な駆動を与えると、その導電性が向上することを理解することにあります。