Następny krok w kierunku komputera kwantowego

Naukowcom z Delft University of Technology i Foundation for Fundamental Research on Matter udało się odwrócić spin pojedynczego elektronu tylko przy pomocy pola elektrycznego. Pozwoli to w łatwiejszy sposób zrealizować przyszły komputer kwantowy.

Kontrolowanie spinu elektronu jest istotne, jeśli spin ma być użyty jako budulec przyszłego komputera kwantowego. Elektron ma nie tylko ładunek elektryczny, a dzięki spinowi zachowuje się jako miniaturowy magnes.

W polu magnetycznym spin może być zwrócony w tym samym lub przeciwnym kierunku co pole, ale prawa mechaniki kwantowej dopuszczają również istnienie elektronu w obu tych stanach równocześnie. Z tego powodu spin elektronu jest bardzo obiecującym elementem komputera kwantowego, który w pewnych zastosowaniach będzie dużo mocniejszy niż konwencjonalny komputer.

Na pierwszy rzut oka zmiana spinu przez pole elektryczne może wydawać się zaskakująca, ale wiadomo z Teorii Względności, że pole elektryczne może oddziaływać na poruszający się elektron tak jak pole magnetyczne. K. Nowack i F. Koppens wraz z Y. Nazarovem wykazali, że przemieszczając elektron w szybkozmiennym polu elektrycznym można odwrócić spin elektronu.

Możliwość użycia pola elektrycznego zamiast magnetycznego do kontrolowania spinu elektronu jest istotne, gdyż pola elektryczne łatwo generować. Będzie też łatwiej kontrolować spiny różnych elektronów niezależnie, co jest niezbędne do budowy komputera. Zespół naukowców zamierza obecnie zastosować tę technikę do kilku elektronów.


Zdjęcie: Zdjęcie z mikroskopu elektronowego nanostruktury podobnej do użytej w eksperymencie. Jasno szare struktury zrobione ze złota tworzą pułapkę elektryczną (białe linie) dla elektronów. Napięcie (V) zmieniające się w czasie jest przyłożone do pierwszego elementu od prawej strony. W wyniku tego na elektron zamknięty w prawej pułapce działa pole elektryczne. To pole wprawia elektron w ruch (białe linie przerywane), tak że pozycja elektronu zmienia się w czasie. foto: TU Delft

Oryginalny artykuł ukazał się 1 listopada br. w Science Express: K. C. Nowack, F. H. L. Koppens, Yu. V. Nazarov, L. M. K. Vandersypen, Coherent Control of a Single Electron Spin with Electric Fields