Gli scienziati di SANKEN dell'Università di Osaka hanno dimostrato la lettura di stati multielettronici con spin polarizzati composti da tre o quattro elettroni su un punto quantico di semiconduttore. Sfruttando il filtraggio di spin causato dall'effetto Hall quantistico, i ricercatori sono stati in grado di migliorare i metodi precedenti che potevano risolvere facilmente solo due elettroni. Questo lavoro potrebbe portare a computer quantistici basati sugli stati multielettronici ad alto spin.

Nonostante l'aumento quasi inimmaginabile della potenza dei computer negli ultimi 75 anni, anche le macchine più veloci oggi disponibili funzionano secondo lo stesso principio di base della collezione originale di tubi a vuoto delle dimensioni di una stanza:le informazioni vengono ancora elaborate radunando elettroni attraverso circuiti basati sulla loro carica elettrica. Però, i produttori di computer stanno rapidamente raggiungendo il limite di quanto possono facilmente ottenere con la sola carica, e nuovi metodi, come l'informatica quantistica, non sono ancora pronti per prendere il loro posto. Un approccio promettente consiste nell'utilizzare il momento magnetico intrinseco degli elettroni, chiamato "giro, " ma controllare e misurare questi valori si è rivelato molto impegnativo.

Ora, un team di ricercatori guidato dall'Università di Osaka ha mostrato come leggere lo stato di spin di più elettroni confinati in un minuscolo punto quantico fabbricato con gallio e arsenico. I punti quantici si comportano come atomi artificiali con proprietà che possono essere modificate dagli scienziati modificandone le dimensioni o la composizione. Però, le lacune nei livelli di energia generalmente diventano più piccole e più difficili da risolvere man mano che aumenta il numero di elettroni intrappolati.

Per superare questo, il team ha sfruttato un fenomeno chiamato effetto Hall quantistico. Quando gli elettroni sono confinati a due dimensioni e sottoposti a un forte campo magnetico, i loro stati diventano quantizzati, quindi i loro livelli di energia possono assumere solo determinati valori specifici. "I precedenti metodi di lettura dello spin potevano gestire solo uno o due elettroni, ma usando l'effetto Hall quantistico, siamo stati in grado di risolvere fino a quattro elettroni spin polarizzati, " dice il primo autore Haruki Kiyama. Per prevenire i disturbi dovuti alle fluttuazioni termiche, gli esperimenti sono stati condotti a temperature estremamente basse, circa 80 millikelvin. "Questa tecnica di lettura può aprire la strada a dispositivi di elaborazione delle informazioni quantistiche basati su spin più veloci e di maggiore capacità con stati di spin multielettronici, ", afferma l'autore senior Akira Oiwa.