Wetenschappers van SANKEN van de Universiteit van Osaka demonstreerden de uitlezing van spin-gepolariseerde multi-elektrontoestanden bestaande uit drie of vier elektronen op een halfgeleiderkwantumstip. Door gebruik te maken van de spinfiltering veroorzaakt door het quantum Hall-effect, de onderzoekers waren in staat om eerdere methoden te verbeteren die slechts twee elektronen gemakkelijk konden oplossen. Dit werk kan leiden tot kwantumcomputers op basis van de multi-elektron high-spin toestanden.

Ondanks de bijna onvoorstelbare toename van de kracht van computers in de afgelopen 75 jaar, zelfs de snelste machines die tegenwoordig beschikbaar zijn, werken volgens hetzelfde basisprincipe als de oorspronkelijke kamergrote verzameling vacuümbuizen:informatie wordt nog steeds verwerkt door elektronen door circuits te sturen op basis van hun elektrische lading. Echter, computerfabrikanten bereiken snel de limiet van wat ze gemakkelijk kunnen bereiken met alleen opladen, en nieuwe methoden, zoals kwantumcomputers, zijn nog niet klaar om hun plaats in te nemen. Een veelbelovende benadering is om gebruik te maken van het intrinsieke magnetische moment van elektronen, genaamd "draaien, " maar het controleren en meten van deze waarden is een hele uitdaging gebleken.

Nutsvoorzieningen, een team van onderzoekers onder leiding van de universiteit van Osaka liet zien hoe de spintoestand van meerdere elektronen kan worden uitgelezen die zijn beperkt tot een kleine kwantumpunt vervaardigd uit gallium en arseen. Kwantumstippen werken als kunstmatige atomen met eigenschappen die door wetenschappers kunnen worden aangepast door hun grootte of samenstelling te veranderen. Echter, de hiaten in energieniveaus worden over het algemeen kleiner en moeilijker op te lossen naarmate het aantal gevangen elektronen toeneemt.

Om dit te overwinnen, het team profiteerde van een fenomeen dat het quantum Hall-effect wordt genoemd. Wanneer elektronen worden beperkt tot twee dimensies en worden onderworpen aan een sterk magnetisch veld, hun toestanden worden gekwantificeerd, dus hun energieniveaus kunnen alleen bepaalde specifieke waarden aannemen. "Vorige spin-uitleesmethoden konden slechts één of twee elektronen aan, maar met behulp van het kwantum Hall-effect, we waren in staat om tot vier spin-gepolariseerde elektronen op te lossen, " zegt eerste auteur Haruki Kiyama. Om verstoringen door thermische fluctuaties te voorkomen, de experimenten werden uitgevoerd bij extreem lage temperaturen, ongeveer 80 millikelvin. "Deze uitleestechniek kan de weg vrijmaken voor snellere en hogere capaciteit op spin gebaseerde kwantuminformatieverwerkingsapparaten met multi-elektron-spintoestanden, " zegt senior auteur Akira Oiwa.