Een onderzoeksteam onder leiding van de Universiteit van Osaka heeft aangetoond hoe informatie die is gecodeerd in de circulaire polarisatie van een laserstraal kan worden vertaald in de spintoestand van een elektron in een kwantumdot, elk is een kwantumbit en een kandidaat voor een kwantumcomputer. De prestatie betekent een grote stap in de richting van een "kwantuminternet, " waarin toekomstige computers snel en veilig kwantuminformatie kunnen verzenden en ontvangen.

Quantumcomputers hebben het potentieel om veel beter te presteren dan de huidige systemen omdat ze op een fundamenteel andere manier werken. In plaats van discrete enen en nullen te verwerken, kwantum informatie, hetzij opgeslagen in elektronenspins of uitgezonden door laserfotonen, kan in een superpositie van meerdere toestanden tegelijk zijn. Bovendien, de toestanden van twee of meer objecten kunnen verstrengeld raken, zodat de status van de ene niet volledig kan worden beschreven zonder deze andere. Door met verstrengelde toestanden om te gaan, kunnen kwantumcomputers veel mogelijkheden tegelijkertijd evalueren, evenals informatie van plaats naar plaats overbrengen die immuun is voor afluisteren.

Echter, deze verstrengelde staten kunnen erg kwetsbaar zijn, duurt slechts microseconden voordat de samenhang verloren gaat. Om het doel van een kwantuminternet te realiseren, waarover coherente lichtsignalen kwantuminformatie kunnen doorgeven, deze signalen moeten kunnen interageren met elektronenspins in verre computers.

Onderzoekers onder leiding van de Universiteit van Osaka gebruikten laserlicht om kwantuminformatie naar een kwantumpunt te sturen door de spintoestand van een enkel elektron dat daar gevangen zit te veranderen. Hoewel elektronen niet in de gebruikelijke zin ronddraaien, ze hebben een impulsmoment, die kan worden omgedraaid bij het absorberen van circulair gepolariseerd laserlicht.

"Belangrijk, deze actie stelde ons in staat om de toestand van het elektron te lezen na het aanbrengen van het laserlicht om te bevestigen dat het in de juiste spintoestand was, " zegt eerste auteur Takafumi Fujita. "Onze uitleesmethode maakte gebruik van het Pauli-uitsluitingsprincipe, die verbiedt dat twee elektronen exact dezelfde toestand innemen. Op de kleine kwantumstip, er is alleen genoeg ruimte voor het elektron om de zogenaamde Pauli-spinblokkade te passeren als het de juiste spin heeft."

Quantum informatieoverdracht wordt al gebruikt voor cryptografische doeleinden. "De overdracht van superpositietoestanden of verstrengelde toestanden zorgt voor een volledig veilige distributie van kwantumsleutels, senior auteur Akira Oiwa zegt. "Dit komt omdat elke poging om het signaal te onderscheppen automatisch de superpositie vernietigt, waardoor het onmogelijk is om mee te luisteren zonder opgemerkt te worden."

De snelle optische manipulatie van individuele spins is een veelbelovende methode voor het produceren van een algemeen computerplatform op kwantum nanoschaal. Een opwindende mogelijkheid is dat toekomstige computers deze methode voor veel andere toepassingen kunnen gebruiken, inclusief optimalisatie en chemische simulaties.