Adgang til høje spins i et kunstigt atom

Forskere fra SANKEN ved Osaka University demonstrerede aflæsningen af ​​spinpolariserede multielektronstater sammensat af tre eller fire elektroner på en halvlederkvantumpunkt. Ved at gøre brug af spin -filtreringen forårsaget af quantum Hall -effekten, forskerne var i stand til at forbedre tidligere metoder, der kun let kunne løse to elektroner. Dette arbejde kan føre til kvantecomputere baseret på multielektronens højspindtilstande.

På trods af den næsten ufattelige stigning i computernes magt i løbet af de sidste 75 år, selv de hurtigste maskiner, der findes i dag, kører efter det samme grundprincip som den originale rumstørrelse af vakuumrør:information behandles stadig af elektroner gennem kredsløb baseret på deres elektriske ladning. Imidlertid, computerproducenter når hurtigt grænsen for, hvor meget de let kan opnå med ladning alene, og nye metoder, såsom kvanteberegning, er endnu ikke klar til at tage deres plads. En lovende tilgang er at udnytte elektronernes iboende magnetiske moment, kaldet "spin, "men at kontrollere og måle disse værdier har vist sig at være meget udfordrende.

Nu, et team af forskere under ledelse af Osaka University viste, hvordan man læser spin -tilstanden af ​​flere elektroner begrænset til en lillebitte kvantepunkt fremstillet af gallium og arsen. Kvantepunkter fungerer som kunstige atomer med egenskaber, der kan indstilles af forskere ved at ændre deres størrelse eller sammensætning. Imidlertid, hullerne i energiniveauer bliver generelt mindre og sværere at løse, efterhånden som antallet af fangede elektroner stiger.

For at overvinde dette, holdet udnyttede et fænomen kaldet quantum Hall -effekten. Når elektroner er begrænset til to dimensioner og udsættes for et stærkt magnetfelt, deres tilstande bliver kvantificerede, så deres energiniveauer kan kun antage bestemte specifikke værdier. "Tidligere spin -aflæsningsmetoder kunne kun håndtere en eller to elektroner, men ved hjælp af quantum Hall -effekten, vi var i stand til at løse op til fire spin-polariserede elektroner, "siger første forfatter Haruki Kiyama. For at forhindre forstyrrelser fra termiske udsving, eksperimenterne blev udført ved ekstremt lave temperaturer, omkring 80 millikelvin. "Denne aflæsningsteknik kan bane vejen mod hurtigere og højere kapacitet spin-baserede kvanteinformationsbehandlingsenheder med multielektron-spin-tilstande, "siger seniorforfatter Akira Oiwa.