I punti quantici sono particelle molto piccole che presentano luminescenza e proprietà elettroniche diverse da quelle dei loro materiali sfusi. Di conseguenza, sono attraenti per l'uso nelle celle solari, optoelettronica, e informatica quantistica. Il calcolo quantistico comporta l'applicazione di una piccola tensione ai punti quantici per regolare il loro stato di spin degli elettroni, codificando così le informazioni. Mentre l'informatica tradizionale si basa su un sistema informativo binario, gli stati di spin degli elettroni nei punti quantici possono mostrare ulteriori gradi di libertà a causa della possibilità di sovrapposizione di entrambi gli stati contemporaneamente. Questa funzione potrebbe aumentare la densità delle informazioni codificate.

La lettura dello spin elettronico dei punti quantici è necessaria per realizzare il calcolo quantistico. La lettura dello spin a colpo singolo è stata utilizzata per rilevare eventi di tunneling a singolo elettrone dipendenti dallo spin in tempo reale. Le prestazioni del calcolo quantistico potrebbero essere notevolmente migliorate mediante la lettura a colpo singolo di più stati di spin.

Una collaborazione di ricerca giapponese con sede presso l'Università di Osaka ha ora ottenuto il primo rilevamento riuscito di più stati di spin attraverso la lettura a colpo singolo di tre stati di spin a due elettroni di un singolo punto quantico. Hanno riportato i loro risultati in Lettere di revisione fisica .

Per leggere più stati di spin contemporaneamente, i ricercatori hanno utilizzato un sensore di carica di contatto a punto quantico posizionato vicino a un punto quantico di arseniuro di gallio. La variazione di corrente del sensore di carica dipendeva dallo stato di spin del punto quantico ed è stata utilizzata per distinguere tra singoletto e due tipi di stati di spin tripletta.

"Abbiamo ottenuto una lettura ternaria a colpo singolo degli stati di spin a due elettroni utilizzando il filtraggio dello spin allo stato di bordo e l'effetto orbitale, ", afferma il primo autore dello studio Haruki Kiyama.

Questo è, la velocità di tunneling tra il punto quantico e il serbatoio di elettroni dipendeva sia dallo stato di spin degli elettroni sia dall'interazione tra lo spin dell'elettrone e gli orbitali del punto quantico. Il team ha identificato uno stato fondamentale e due stati eccitati nel punto quantico utilizzando la loro configurazione.

I ricercatori hanno quindi utilizzato la loro configurazione di lettura ternaria per studiare il comportamento di rilassamento dello spin dei tre stati di spin rilevati.

"Per confermare la validità del nostro sistema di lettura, abbiamo misurato il rilassamento di spin di due degli stati, " spiega Kiyama. "La misurazione della dinamica tra gli stati di spin in un punto quantico è un'applicazione importante della configurazione della lettura dello spin ternario".

I tempi di rilassamento di spin per il punto quantico misurati utilizzando il sistema di lettura ternario concordato con quelli riportati, fornendo prove che il sistema ha prodotto misurazioni affidabili.

Questo sistema di lettura ternario può essere esteso a punti quantici composti da altri materiali, rivelando un nuovo approccio per esaminare la dinamica di spin dei punti quantici e rappresentando un progresso nell'elaborazione delle informazioni quantistiche.