Los puntos cuánticos son partículas muy pequeñas que exhiben luminiscencia y propiedades electrónicas diferentes a las de sus materiales a granel. Como resultado, son atractivos para su uso en células solares, optoelectrónica, y computación cuántica. La computación cuántica implica aplicar un pequeño voltaje a los puntos cuánticos para regular su estado de espín de electrones, codificando así la información. Si bien la informática tradicional se basa en un sistema de información binario, Los estados de espín de los electrones en puntos cuánticos pueden mostrar más grados de libertad debido a la posibilidad de superposición de ambos estados al mismo tiempo. Esta característica podría aumentar la densidad de información codificada.

La lectura del espín electrónico de los puntos cuánticos es necesaria para realizar la computación cuántica. La lectura de espín de disparo único se ha utilizado para detectar eventos de tunelización de un solo electrón dependientes de espín en tiempo real. El rendimiento de la computación cuántica podría mejorarse considerablemente mediante la lectura de un solo disparo de múltiples estados de giro.

Una colaboración de investigación japonesa con sede en la Universidad de Osaka ha logrado la primera detección exitosa de múltiples estados de espín a través de la lectura de un solo disparo de tres estados de espín de dos electrones de un solo punto cuántico. Informaron sus hallazgos en Cartas de revisión física .

Para leer varios estados de giro simultáneamente, los investigadores utilizaron un sensor de carga de contacto de punto cuántico colocado cerca de un punto cuántico de arseniuro de galio. El cambio en la corriente del sensor de carga dependía del estado de espín del punto cuántico y se utilizó para distinguir entre estados de espín singlete y dos tipos de estados de espín triplete.

"Obtuvimos una lectura ternaria de un solo disparo de los estados de espín de dos electrones utilizando el filtrado de espín de estado de borde y el efecto orbital, ", dice el primer autor del estudio, Haruki Kiyama.

Es decir, la tasa de tunelización entre el punto cuántico y el depósito de electrones dependía tanto del estado de espín de los electrones como de la interacción entre el espín del electrón y los orbitales del punto cuántico. El equipo identificó un estado fundamental y dos estados excitados en el punto cuántico usando su configuración.

Luego, los investigadores utilizaron su configuración de lectura ternaria para investigar el comportamiento de relajación del giro de los tres estados de giro detectados.

"Para confirmar la validez de nuestro sistema de lectura, medimos la relajación de espín de dos de los estados, "Explica Kiyama." La medición de la dinámica entre los estados de espín en un punto cuántico es una aplicación importante de la configuración de lectura de espín ternario ".

Los tiempos de relajación de espín para el punto cuántico medidos mediante el sistema de lectura ternario coincidieron con los informados, proporcionando evidencia de que el sistema produjo mediciones confiables.

Este sistema de lectura ternario se puede extender a puntos cuánticos compuestos de otros materiales, revelando un nuevo enfoque para examinar la dinámica de espín de puntos cuánticos y representando un avance en el procesamiento de información cuántica.