ایجاد چرخش در اسپین الکترون با استفاده از میدان الکتریکی

محققان دانشگاه دلفت موفق شدند اسپین یک الکترون منفرد را تنها با استفاده از یک
میدان الکتریکی کنترل نمایند. این کشف راه را برای درک ساده‌تر بلوک‌های ساختمانی
رایانه‌های کوانتومی ابرسریع آینده هموار می‌سازد. این محققان نتایج کار خود را در
شمار اول نوامبر مجله Science منتشر کردند.

اگر قرار باشد اسپین یک الکترون منفرد به عنوان واحد ساختمانی رایانه‌های کوانتومی
آینده مورد استفاده قرار بگیرد، کنترل آن ضروری است. یک الکترون نه تنها دارای بار
می‌باشد، بلکه به دلیل اسپینش، همانند یک مغناطیس کوچک عمل می‌کند. در یک میدان
مغناطیسی، اسپین می‌تواند جهتی موافق یا مخالف میدان خارجی داشته باشد، اما قوانین
مکانیک کوانتوم این امکان را ایجاد می‌کند که اسپین در یک لحظه بتواند هر دو جهت را
اختیار کند. در نتیجه اسپین الکترون یک واحد ساختمانی نویدبخش برای رایانه‌های
کوانتومی است که برای بسیاری از کاربردها از رایانه‌های امروزی بسیار قدرتمندتر
بوده ولی هنوز نیاز به توسعه دارند.

در نگاه اول بسیار جالب است که اسپین می‌تواند توسط یک میدان الکتریکی به چرخش
درآید. با این حال با استفاده از تئوری نسبیت می‌دانیم که یک الکترون متحرک از
آنجایی که یک میدان مغناطیسی دارد، می‌تواند میدان الکتریکی را حس کند. بنابراین
کاچا نواک و دکتر فرانک کوپنز الکترون را مجبور کردند که از یک میدان الکتریکی که
به سرعت در حال تغییر است، عبور کند.

این محققان با همکاری پروفسور یولی نازاروف، محقق نظری موسسه کالوی از بخش علوم
نانو در دانشگاه دلفت، نشان دادند که در واتقع امکان چرخاندن اسپین الکترون با این
روش وجود دارد. مزیت کنترل اسپین الکترون با استفاده از میدان الکتریکی به جای
میدان مغناطیسی این است که ایجاد میدان الکتریکی راحت‌تر است. همچنین با استفاده از
میدان الکتریکی کنترل اسپین‌های مجزا از هم به طور مستقل وجود دارد؛ این قابلیت
برای ساخت رایانه‌های کوانتومی یک نیاز به شمار می‌آید.

این گروه تحقیقاتی که رهبری آن را دکتر لیون وندرسیپن به عهده دارد، در حال حاضر به
دنبال به کارگیری این روش در تعدادی از الکترون‌ها می‌باشد.