ポーランドのワルシャワ大学物理学科の科学者たちは、層状二次元材料ZnPS3の単一光子発生を観察しました。この研究は、量子情報科学における低次元材料の応用における重要な一歩を示しており、シンガポール国立大学とオランダのラドバウド大学の研究者が関与しています。量子計算は、計算の次なる最前線と考えられています。現在開発中の量子コンピュータが商業化され、大規模生産に入ると、今日の最速のスーパーコンピュータは時代遅れの計算機のように見えるでしょう。複数の実験により、量子コンピュータが数秒で完了する計算を、スーパーコンピュータは数十年かかることが示されています。
これらはすべて、その基礎技術のおかげです。従来のコンピュータが二進数を使用するのに対し、量子コンピュータは量子ビット（qubits）を使用するため、0と1の間に複数の値を保存することができます。計算過程において、量子コンピュータはこれらの値を利用して並行計算を行うことができるため、従来の二進数を使用するコンピュータよりも数倍速くなります。
ZnPS3材料の量子計算における応用の可能性
量子計算の可能性は、スタートアップ企業や大学が量子ビットとして使用できる材料を探す動機となっています。現在のほとんどの方法は、材料を絶対零度に近い温度まで冷却する必要があり、量子状態を観察し操作することが可能になります。これは研究環境には適していますが、量子計算の拡張を実現するためには、材料が常温で使用可能でなければなりません。ダイヤモンドの色中心は広く研究されており、量子システムにおいて良好な展望を示しています。しかし、二次元のファンデルワールス層状結晶の出現は、ダイヤモンドの限界を明らかにしました。二次元結晶は簡単に転送でき、任意の基材に配置できるため、マイクロ回路、シリコンチップ、さらには光ファイバーとのシームレスな統合を実現します。
この多機能性の大きな利点は、単一のチップ上に複数のコンポーネント回路を設計できることで、統合量子プロセッサの道を開くことです。
ワルシャワ大学の研究者たちは、ナノスケールの厚さを持つ亜鉛リン三硫化物（ZnPS3）の薄片を調査しました。この材料は3.63 eVの広いバンドギャップを持っています。このように広いバンドギャップは、電子を自由にするために大量のエネルギーを必要とし、より高い電圧と温度で動作できるため、プロセッサは顕著なエネルギー損失なくより高い周波数で動作できます。バンドギャップが大きい材料は、より小さな冷却システムを必要とし、シリコンベースのハードウェアよりもさらに小型化が可能です。研究者たちがレーザーでこの材料を励起したとき、結晶格子構造内の点欠陥が光子の束を生成しました。
これらの光子は高度に偏光されており、これは量子暗号などの方法において有用な特性です。しかし、彼らの研究の主な部分は、単一光子発生を可能にする微視的メカニズムを特定することに関わっています。研究者たちの仮説は、単一のリン原子の空孔が光子発生の源であるということです。研究結果は、ジャーナル『ACS Nano』に発表されました。