Tecnologia Científica

Acessando altas rotações em um átomo artificial
Este trabalho pode levar a computadores quânticos baseados em estados multielétrons de alto spin.
Por Universidade de Osaka - 19/08/2021


Estado de alta rotação de três elétrons em um ponto quântico semicondutor e sua leitura. Crédito: Universidade de Osaka

Cientistas da SANKEN da Universidade de Osaka demonstraram a leitura de estados multielétrons com polarização de spin compostos por três ou quatro elétrons em um ponto quântico semicondutor. Fazendo uso da filtragem de spin causada pelo efeito Hall quântico, os pesquisadores foram capazes de aprimorar os métodos anteriores que só podiam resolver facilmente dois elétrons. Este trabalho pode levar a computadores quânticos baseados em estados multielétrons de alto spin.

Apesar do aumento quase inimaginável no poder dos computadores nos últimos 75 anos, até mesmo as máquinas mais rápidas disponíveis hoje funcionam com o mesmo princípio básico da coleção original de tubos de vácuo do tamanho de uma sala: a informação ainda é processada pelos elétrons através de circuitos baseados em sua carga elétrica. No entanto, os fabricantes de computadores estão atingindo rapidamente o limite de quanto eles podem facilmente obter com carga sozinha, e novos métodos, como a computação quântica , ainda não estão prontos para substituí-los. Uma abordagem promissora é utilizar o momento magnético intrínseco dos elétrons, chamado de "spin", mas controlar e medir esses valores tem se mostrado muito desafiador.

Agora, uma equipe de pesquisadores liderada pela Universidade de Osaka mostrou como ler o estado de spin de vários elétrons confinados a um minúsculo ponto quântico fabricado de gálio e arsênico. Os pontos quânticos agem como átomos artificiais com propriedades que podem ser ajustadas por cientistas alterando seu tamanho ou composição. No entanto, as lacunas nos níveis de energia geralmente se tornam menores e mais difíceis de resolver à medida que o número de elétrons aprisionados aumenta.

Fig.2 Micrografia eletrônica de varredura do dispositivo de ponto quântico usado
neste trabalho. Crédito: Universidade de Osaka

Para superar isso, a equipe aproveitou um fenômeno chamado efeito Hall quântico. Quando os elétrons estão confinados a duas dimensões e sujeitos a um forte campo magnético, seus estados tornam-se quantizados, de modo que seus níveis de energia só podem assumir determinados valores específicos. "Os métodos anteriores de leitura de spin só podiam lidar com um ou dois elétrons, mas usando o efeito Hall quântico, fomos capazes de resolver até quatro elétrons com polarização de spin", disse o primeiro autor Haruki Kiyama. Para evitar distúrbios de flutuações térmicas, os experimentos foram realizados em temperaturas extremamente baixas, em torno de 80 milikelvin. "Esta técnica de leitura pode abrir caminho para dispositivos de processamento de informações quânticas baseados em spin mais rápidos e de maior capacidade com estados de spin multielétrons", disse o autor sênior Akira Oiwa.

 

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