Physicists deploy magnetic vortex to control electron spin

Физики научились контролировать спин электрона с помощью наночастицы алмаза и магнитного потока при комнатной температуре

Исследователи из Case Western Reserve University развили новый метод для быстрого и точного контроля спинов электронов в условии комнатной температуры. Технология, описанная в Nature Communications, предполагает наличие возможной альтернативной стратегии для создания квантовых компьютеров, которые быстрее и эффективнее чем сегодняшние суперкомпьютеры.

“То что способны электронные устройства это управление за передвижением электронов с места на место используя электрическое поле, которое сильное, быстрое и локальное”, сообщает физик профессор Джес Березовски, лидер исследования.

“Труднее обстоит дело с магнитным полем, но это именно, то, что нужно для управления спином”

Другие исследователи заняты поиском материалов, где электрические поля могут имитировать эффекты магнитного поля, но поиск материалов где этот эффект был бы силен и сохранялся при комнатной температуре является доказано-сложной задачей.

“Наше решение, “ говорит Березовски “это использование магнитного вихря (прим. или потока)”

Березовски работал с физиками, кандидатами наук, Майклом С. Вульфом и Робертом Бадэа. Исследователи создали магнитный микро-диск, который не имеет северного или южного полюса, как и стержневой магнит может быть намагничен в магнитном потоке. Магнитное поле исходит из ядра вихря. В центральной точке, поле особенно сильно и возрастает по модулю перпендикулярно диску. Вихри находятся в сочетании с наночастицами алмаза. В решетке алмаза внутри каждой наночастицы, несколько отдельных спинов в ловушке внутри дефектов, называемых азотистыми вакансиями (прим. либо N-p дырками).

Исследователи использовали импульс лазера для того чтобы инициализировать спин. С помощью приложения микроволн и слабого магнитного поля, команда Березовского смогла передвинуть переместить вихрь за наносекунду, смещая центральную точку, которая может вызвать такое изменение состояния электрона, чтобы изменилось его вращение (прим. сам спин электрона).

Это то, что называется квантовым когерентным состоянием, спин может действовать как квантовый бит или кубит – базовая единица информации в квантовом компьютере. В настоящих компьютерах, биты информации существуют как одно из двух состояние: 1 или 0. Но в состоянии суперпозиции, спин может быть направлен вверх или вниз в одно и тоже время, это тоже самое, 1 или 0 одновременно. Такая возможность позволила бы реализовать более сложные и более быстрые вычисления.

“Спины близки друг к другу; вы хотите чтобы ваши спины взаимодействовали друг с другом в квантовых вычислениях”, говорит Березовски, “Мощность вычислений происходит из суперпозиции.”

Градиента магнитного поля (прим. dB/dx*vector, значение проекции производной магнитного поля B на выбранную ось в системе отсчета) оказалось достаточно для манипуляции спинами электронов на наномасштабе. В дополнение к вычислениям, электроны контролируются во время когерентного состояния и могут быть использованы для высокоточных сенсоров, сообщают исследователи. Например, в МРТ, они могут быть использованы для фиксирования магнитного поля гораздо более подробно, чем при помощи современных технологий, возможно различая отдельные атомы.

Управление, спинами электронов, не разрушая когерентных квантовых состояний, оказалось трудным совместно с другими методами, но ряд экспериментов группой показал, что квантовые состояния остаются в неизмененном состоянии. На самом деле, " вихрь появляется для усиления СВЧ поля, которое мы применяем ", сказал Березовский.

Ученые продолжают сокращать время, необходимое для изменения спина, который является ключом к высокой скорости вычислений. Они также изучают взаимодействие между магнитным вихрем, СВЧ магнитного поля и спина электрона, и то как эта система эволюционирует.

Оригинал:

http://phys.org/news/2016-06-physicists-deploy-magnetic-vortex-electron.html

Источник: phys.org

Комментарии: