Исследователи из Университета Осаки добились считывания спин-поляризованных многоэлектронных состояний, состоящих из трех или четырех электронов. Об этом пишет Physical Review Letters. Исследователи улучшили предыдущие методы, которые могли легко разрешить только два электрона, используя спиновую фильтрацию, вызванную квантовым эффектом Холла. По словам авторов научной работы, их достижение может привести к созданию квантовых компьютеров на основе многоэлектронных высокоспиновых состояний.

Ученые показали, как можно считывать спиновое состояние множества электронов, заключенных в крошечной квантовой точке, изготовленной из галлия и мышьяка. Квантовые точки действуют как искусственные атомы со свойствами, которые ученые могут настраивать, изменяя их размер или состав. Однако промежутки в энергетических уровнях обычно становятся меньше и их труднее разрешить по мере увеличения количества захваченных электронов.

Чтобы преодолеть это, команда использовала явление, называемое квантовым эффектом Холла. Когда электроны ограничены двумя измерениями и подвергаются воздействию сильного магнитного поля, их состояния квантуются, поэтому их энергетические уровни могут принимать только определенные определенные значения.

Сканирующая электронная микрофотография устройства с квантовыми точками, использованного в данной работе. Источник: Осакский университет.

«Предыдущие методы считывания спиновых измерений могли обрабатывать только один или два электрона, но, используя квантовый эффект Холла, мы смогли разрешить до четырех спин-поляризованных электронов», — рассказывает ведущий автор исследования Харуки Кияма.

Чтобы предотвратить возмущения от тепловых колебаний, эксперименты проводились при чрезвычайно низких температурах, около 80 милликельвинов.

«Этот метод считывания может проложить путь к более быстрым и мощным устройствам обработки квантовой информации на основе спина с многоэлектронными спиновыми состояниями», — добавляет старший автор исследования Акира Оива.