Des scientifiques de SANKEN à l'Université d'Osaka ont démontré la lecture d'états multiélectrons polarisés en spin composés de trois ou quatre électrons sur une boîte quantique semi-conductrice. En utilisant le filtrage de spin causé par l'effet Hall quantique, les chercheurs ont pu améliorer les méthodes précédentes qui ne pouvaient facilement résoudre que deux électrons. Ces travaux pourraient conduire à des ordinateurs quantiques basés sur les états multiélectroniques à spin élevé.

Malgré l'augmentation presque inimaginable de la puissance des ordinateurs au cours des 75 dernières années, même les machines les plus rapides disponibles aujourd'hui fonctionnent sur le même principe de base que la collection originale de tubes à vide de la taille d'une pièce :l'information est toujours traitée en faisant passer des électrons à travers des circuits basés sur leur charge électrique. Cependant, les fabricants d'ordinateurs atteignent rapidement la limite de ce qu'ils peuvent facilement atteindre avec la seule charge, et de nouvelles méthodes, comme l'informatique quantique, ne sont pas encore prêts à prendre leur place. Une approche prometteuse consiste à utiliser le moment magnétique intrinsèque des électrons, appelé "tourner, " mais contrôler et mesurer ces valeurs s'est avéré très difficile.

Maintenant, une équipe de chercheurs dirigée par l'Université d'Osaka a montré comment lire l'état de spin de plusieurs électrons confinés dans une minuscule boîte quantique fabriquée à partir de gallium et d'arsenic. Les points quantiques agissent comme des atomes artificiels dont les propriétés peuvent être ajustées par les scientifiques en modifiant leur taille ou leur composition. Cependant, les écarts de niveaux d'énergie deviennent généralement plus petits et plus difficiles à résoudre à mesure que le nombre d'électrons piégés augmente.

Pour surmonter cela, l'équipe a profité d'un phénomène appelé effet Hall quantique. Lorsque les électrons sont confinés à deux dimensions et soumis à un fort champ magnétique, leurs états deviennent quantifiés, leurs niveaux d'énergie ne peuvent donc prendre que certaines valeurs spécifiques. "Les méthodes de lecture de spin précédentes ne pouvaient gérer qu'un ou deux électrons, mais en utilisant l'effet Hall quantique, nous avons pu résoudre jusqu'à quatre électrons polarisés en spin, " dit le premier auteur Haruki Kiyama. Pour éviter les perturbations dues aux fluctuations thermiques, les expériences ont été réalisées à des températures extrêmement basses, environ 80 millikelvins. "Cette technique de lecture peut ouvrir la voie à des dispositifs de traitement de l'information quantique basés sur le spin plus rapides et de plus grande capacité avec des états de spin multiélectroniques, ", dit l'auteur principal Akira Oiwa.