Samtidig påvisning af flere spin -tilstande i en enkelt kvantepunkt

Quantum dots er meget små partikler, der udviser luminescens og elektroniske egenskaber, der adskiller sig fra bulkmaterialernes. Som resultat, de er attraktive til brug i solceller, optoelektronik, og kvanteberegning. Quantum computing indebærer at anvende en lille spænding til kvantepunkter for at regulere deres elektronspintilstand, dermed kodning af information. Mens traditionel computing er baseret på et binært informationssystem, elektron -spin -tilstande i kvantepunkter kan vise yderligere frihedsgrader på grund af muligheden for superposition af begge tilstande på samme tid. Denne funktion kan øge tætheden af ​​kodet information.

Aflæsning af elektronspin af kvantepunkter er nødvendig for at realisere kvanteberegning. Single-shot spin-aflæsning er blevet brugt til at registrere spin-afhængige single-elektron-tunnelinghændelser i realtid. Ydelsen af ​​kvanteberegning kan forbedres betydeligt ved enkeltskudsaflæsning af flere spin-tilstande.

Et japansk forskningssamarbejde baseret på Osaka University har nu opnået den første vellykkede opdagelse af flere spin-tilstande gennem single-shot aflæsning af tre to-elektron spin-tilstande af en enkelt kvantepunkt. De rapporterede deres fund i Fysisk gennemgangsbreve .

For at aflæse flere spin -tilstande samtidigt, forskerne brugte en kvantepunktkontaktladningssensor placeret nær en galliumarsenid -kvantepunkt. Ændringen i ladningssensorens strøm afhængede af kvantumpunktets centrifugeringstilstand og blev brugt til at skelne mellem singlet og to typer triplet spin -tilstande.

"Vi opnåede single-shot ternær aflæsning af to-elektron-spin-tilstande ved hjælp af kant-tilstand-spin-filtrering og orbitaleffekten, "Undersøg første forfatter Haruki Kiyama.

Det er, tunnelfrekvensen mellem kvantepunktet og elektronreservoiret afhængede af både elektronernes spin -tilstand og interaktionen mellem elektron -spin og kvantapunktets orbitaler. Teamet identificerede en grundtilstand og to spændte tilstande i kvantepunktet ved hjælp af deres opsætning.

Forskerne brugte derefter deres ternære aflæsningskonfiguration til at undersøge spin -afslapningsadfærden for de tre detekterede spin -tilstande.

"For at bekræfte gyldigheden af ​​vores aflæsningssystem, vi målte spin -afslapning af to af staterne, "Kiyama forklarer." Måling af dynamikken mellem spin -tilstande i en kvantepunkt er en vigtig anvendelse af opsætningen af ​​den ternære spin -udlæsning. "

Spin -afslapningstiderne for kvantepunktet målt ved hjælp af det ternære aflæsningssystem var enige med dem, der blev rapporteret, dokumentation for, at systemet gav pålidelige målinger.

Dette ternære aflæsningssystem kan udvides til kvantepunkter sammensat af andre materialer, afslører en ny tilgang til at undersøge spin -dynamikken i kvantepunkter og repræsentere et fremskridt inden for kvanteinformationsbehandling.