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This understanding, based upon a new optical technique and announced recently by researchers at the Naval Research Laboratory (NRL), the University of Dortmund, and the University of Bochum, is an important step toward realization of such quantum devices based on solid-state technology. The complete findings of the study are published in the September 28, 2007, issue of the journal Science.
An electron spin localized in a quantum dot is the quantum bit, which is the basic unit for solid-state based quantum computing and quantum information processing. The spin replaces a classical digital bit, which can take on two values, usually labeled 0 and 1. The electron spin can also take on two values. However, since it is a quantum object, it can also take all values in between. Obviously, such a quantum unit can hold much more information than a classical one and, even more importantly the use of such quantum bits makes certain computer calculations exponentially more efficient than those using a standard computer. That is why, scientists around the world are trying to find an efficient way to control and manipulate the electron spin in a quantum dot in order to enable new quantum devises using magnetic and electric fields.
Until now, the major problem with using charged quantum dots in such devices is that the electron spins in different quantum dots are never identical. The electron spin precession frequencies in an external magnetic field are different from each other due to small variations of the quantum dot shape and size. In addition, the electron spin precession frequency has a contribution of a random hyperfine field of the nuclear spins in the quantum dot volume. This makes a coherent control and manipulation of electron spins in an ensemble of quantum dots impossible and pushes researchers to work with individual spins and to develop single spin manipulation techniques, which are much more complicated than an ensemble manipulation technique.
The team of researchers at the University of Dortmund, NRL and the University of Bochum has taken a significant step toward solving this problem by suggesting a new technique that would allow coherent manipulations of an ensemble of electron spins. Last year in a Science publication (Science, vol. 313, 341 (2006)), the same research team demonstrated a method, whereby a tailored periodic illumination with a pulsed laser can drive a large fraction of electron spins (up to 30%) in an ensemble of quantum dots into a synchronized motion. In the new Science publication, the team shows that almost the whole ensemble of electron spins (90%) precesses coherently under periodic resonant excitation. It turns out that the nuclear contribution to the electron spin precession acts constructively by focusing the electron spin precession in different quantum dots to a few precession modes controlled by the laser excitation protocol, instead of acting as a random perturbation of electron spins, as it was thought previously. The modification of the laser protocol should allow scientists to reach a situation in which all electron spins have the same precession frequency, in other words to make all spins identical.
Future efforts involving the use of these identical electron spins will focus on demonstrating all coherent single q-bit operations using an ensemble of charged quantum dots. Another important use of such ensembles for quantum computing will be the demonstration of a quantum-dot gate operation. The macroscopic coherent precession of the electron spin ensemble will allow scientists to study several optical coherent phenomena, such as electromagnetically induced transparency and slow light, for example.
NRL Public Affairs Office | Quelle: EurekAlert!
Weitere Informationen: www.nrl.navy.mil
New method proposed for detecting gravitational waves from ends of universe
17.05.2013 | University of Nevada, Reno
Scientists Shape First Global Topographic Map of Saturn’s Moon Titan
17.05.2013 | Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory
Supraleitungssensoren der PTB ermöglichen hochempfindliche Messungen der magnetischen Kernresonanz dünner Helium-3-Schichten - aktuelle Veröffentlichung in Science
Tieftemperatur-Spezialisten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) haben mit ihren SQUIDs dazu beigetragen, dass die magnetischen Momente von Atomen des seltenen Isotopes 3He (Helium-3) extrem empfindlich gemessen werden konnten. Mithilfe dieser Sensoren wurden hochempfindliche Kernresonanzspektrometer entwickelt, die jetzt tiefe Einblicke in den Zustand der Materie bei extrem tiefen Temperaturen lieferten.
Konkret sperrte ...
Gut 99 Prozent des gesamten Eises an Land ist in den riesigen Eisschilden der Antarktis und Grönlands gespeichert, nur knapp ein Prozent dagegen in Gletschern.
Die Schmelzwasser dieser Gletscher trugen im Zeitraum 2003 bis 2009 etwa genauso viel zum Anstieg des Meeresspiegels bei, wie die beiden Eisschilde: rund einen Drittel. Dies ist eines der Resultate einer internationalen Studie mit Beteiligung von UZH-Geographen.
Wieviel alle Gletscher zum Anstieg des Meeresspiegels beitragen, wurde noch nie so genau ...
Siemens hat das weltweit erste kabellose Ultraschallgerät vorgestellt. Der Schallkopf ist mit einer Hand gut bedienbar und überträgt das Ultraschallbild per Radiofrequenz auf den Bildschirm.
Das Fehlen der Kabel ist vor allem bei Operationen oder interventionellen Eingriffen von Vorteil, wo beispielsweise Nadeln mit Hilfe von Ultraschall visualisiert werden. Die Kabel am Schallkopf behindern die Person, die das Gerät bedient, und sie können trotz steriler Schutzhüllen ein Infektionsrisiko darstellen.
Das kabellose Acuson Freestyle arbeitet bis zu ...
Siemens will mit einem großen Touch-Display Bahnbetreibern helfen, Störungen besser zu bewältigen.
Das Display mit rund 1,50 Metern Diagonale veranschaulicht alle Daten und Fakten, um Entscheidungen treffen zu können. Herzstück der Lösung ist eine Software, die mit Hilfe mathematischer Optimierungsalgorithmen bisher entkoppelte Systeme wie Wartung oder Zugdisposition vernetzt.
Bisher reagieren einzelne Abteilungen von Bahnbetreibern weitgehend unabhängig auf Störfälle, weil sie über das ...
Forschern des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik IAF und des Karlsruher Instituts für Technologie KIT ist es gelungen, 40 Gbit/s bei 240 GHz und über eine Entfernung von einem Kilometer per Funk zu übertragen.
Mit ihrer jüngsten Demonstration haben sie einen neuen Weltrekord erzielt und knüpfen damit erstmals nahtlos an die Kapazität von Glasfaser an. Solche Richtfunkstrecken könnten zukünftig Lücken in der Versorgung mit Breitband-Internet schließen, indem die drahtlosen Links das Netz an schwer zugänglichen Stellen oder im ländlichen Raum ergänzen.
Digital, mobil und ...
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DNA-Variante beeinflusst Diabetesrisiko und Behandlungserfolg
17.05.2013 | Biowissenschaften Chemie
Aus zwei wird drei: In Deutschland kommt eine dritte Ringelnatter vor
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17.05.2013 | Physik Astronomie
Internationale Informatikkonferenz ICCS 2013
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Herausforderungen des demografischen Wandels
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Die 16 besten Nachwuchschemikerinnen und -chemiker Deutschlands treffen sich in Kiel
17.05.2013 | Veranstaltungsnachrichten