ماندگاری حالت‌های اسپینی در نقطه کوانتومی

اخیراً دانشمندانی از انگلستان و برزیل گام مهمی در جهت تولید نقاط کوانتومی‌ای برداشته‌اند که دارای حالت‌های اسپینی مقاوم و پایداری هستند. اندرو رامسای از دانشگاه شفیلد، به همراه همکارانش نشان داده‌اند که می‌توان حالتِ تریون(trion) یا حالتِ «دو حفره با یک الکترون» را در یک نقطه کوانتومی منفرد، از طریق پالس‌های لیزر فوق‌کوتاه کنترل کرد. به کمک این روش می‌توان پیش از نابودی حالت کوانتومی مورد نظر، تعداد زیادی از عملکرد‌های منطقی(حداکثر &#۱۷۷۷&#۱۷۷۶&#۱۷۸۱ عملکرد) را اجرا نمود.

 اخیراً دانشمندانی از انگلستان و برزیل گام مهمی در جهت تولید نقاط کوانتومی‌ای
برداشته‌اند که دارای حالت‌های اسپینی مقاوم و پایداری هستند. اندرو رامسای از
دانشگاه شفیلد، به همراه همکارانش نشان داده‌اند که می‌توان حالتِ تریون(trion)
یا حالتِ «دو حفره با یک الکترون» را در یک نقطه کوانتومی منفرد، از طریق پالس‌های
لیزر فوق‌کوتاه کنترل کرد. به کمک این روش می‌توان پیش از نابودی حالت کوانتومی
مورد نظر، تعداد زیادی از عملکرد‌های منطقی(حداکثر ۱۰۵ عملکرد) را اجرا نمود.

در رایانه‌های کوانتومی، حالت‌های اسپینی نشان‌دهنده یک «۰» و یا یک «۱» منطقی
هستند و برای N ذره – یا بیت‌های کوانتومی(qubits)- سرهم‌بندی حالت‌های اسپینی
منجر به ایجاد۲N حالت منطقی خواهد شد. به این ترتیب می‌توان به پردازش موازی
اطلاعات در مقیاسی بزرگ دست پیدا کرد. این امر در رایانه‌های کنونی امکان‌پذیر
نیست.

نقاط کوانتومی نیمه‌رسانا، ساختارهای نانومقیاسی هستند که در آنها الکترون‌ها
یا حفره‌ها در هر سه جهت فضا محدود شده‌اند؛ این نقاط می‌توانند شامل تنها یک
الکترون یا حفره بوده و به‌دلیل داشتن قابلیت ذخیره اطلاعات در حالت اسپینی یک
الکترون یا حفره منفرد، گزینه‌های مناسبی برای استفاده به‌عنوان بیت‌های
کوانتومی به شمار می‌روند. اسپین‌های این نقاط کوانتومی بسیار پایدارند و
می‌توانند زمان‌های «همدوسی(coherence)» طولانی، در حد میکروثانیه تا
میلی‌ثانیه داشته باشند؛ اما چالشی که دانشمندان با آن روبه‌رو بوده‌اند نحوه
کنترل و اتصال این نقاط کوانتومی است، به نحوی که پایداری آنها کاهش نیابد.

نقطه کوانتومی‌ مورد استفاده در این تحقیق، یک دیسک نیمه‌رسانا از جنس
ایندیوم-گالیوم-آرسنید است که ۲۰ نانومتر قطر و ۳ نانومتر ضخامت داشته و در یک
ساختارِ فوتودیود جاسازی شده‌است. این گروه با تابیدن یک لیزر بر روی این
ابزار، یک جفت الکترون- حفره در آن ایجاد کردند. با اعمال یک میدان الکتریکی بر
روی این ساختار، الکترون از آن تونل‌زنی کرده، حفره در یک حالت اسپینی مشخص
باقی‌ می‌ماند و در نهایت، حفره نیز از این نقطه کوانتومی تونل می‌زند و
به‌عنوان یک جریان نوری آشکارسازی می‌گردد.

این گروه نشان داده‌اند که حالت اسپینی حفره با تابش یک پالس لیزر با
پولاریزاسیون دایروی، از طریق تلاش برای ایجاد یک تریون، قابل تعیین است. خلق
یک تریون با یک تغییر در جریان نوری همراه خواهد بود. بنا به اظهارات رامسای،
این تغییر متناسب با حالت اسپینی خاص حفره است. او در این باره گفت:«این روش،
ابزار جدید برای مطالعه دینامیک، یک اسپین منفرد در زمان‌هایی کوتاه‌تر از
نانوثانیه است.» به عقیده او این روش در کوتاه‌مدت کاربردهایی چون کنترل نوری
یک اسپین منفرد و محاسبات کوانتومی(ایجاد گیت‌های منطقی کوانتومی دقیق) خواهد
داشت.