Anzeige
Storing information in long-lasting quantum states is a prerequisite for building quantum computers. Intrinsic properties of nuclei known as magnetic spins are good storage candidates because they interact weakly with their environment; however, controlling them is difficult.
Now, researchers in Japan have demonstrated an all-electrical method for preparing the magnetic states of nuclei that would be useful in storing quantum information. Keiji Ono at the RIKEN Advanced Science Institute, Wako, led the work.
In an atomic nucleus, protons and neutrons pair up such that their magnetic spins align in opposite directions. However, in nuclei with an odd number of protons and neutrons, this pairing is incomplete; thus, they have a so-called ‘magnetic moment’ that points in no particular direction, hindering control.
Nuclear spins are difficult to align except at low temperatures and with large magnetic fields. But in devices called quantum dots, Ono and other researchers have shown they can manipulate the nuclear spins electrically. A quantum dot is made from a semiconductor material of just a few tens of nanometers in size. Using an external voltage, the researchers could add electrons to a quantum dot one at time.
Similar to protons and neutrons, a single electron on a quantum dot possesses a spin that acts like an effective magnetic field on the surrounding nuclear spins. Physicists have used this interaction to control nuclear magnetic moments; but, they had only succeeded in significantly polarizing the nuclear moments in one direction. Ono’s team, however, showed that it is possible to polarize the nuclear moments either up or down—a quantum version of the ‘1’ and ‘0’ on a digital bit.
Ono and his team demonstrated this behavior in a double quantum dot—two quantum dots in series—made from the semiconductor gallium-arsenide. They showed they can ‘pump’ the nuclear spins into a particular direction by using voltages to place one electron on each dot and then polarize their spins such that they are either both up, or both down. As the spins on the dot relaxed, they ‘dragged’ the nuclear spins, polarizing them in the process. The nuclei remained polarized for several milliseconds—significantly longer than the polarized states of electron spins in similar devices.
The work offers a new way of controlling nuclear spins, says Ono, who now plans to study the polarization reversal process of the nuclear spins in more detail. Nuclear spins could “become a ubiquitous resource for storing information in a semiconductor,” he adds.
The corresponding author for this highlight is based at the Low Temperature Physics Laboratory, RIKEN Advanced Science Institute
Reference:
Takahashi, R., Kono, K., Tarucha, S. & Ono, K. Voltage-selective bidirectional polarization and coherent rotation of nuclear spins in quantum dots. Physical Review Letters 107, 026602 (2011).
gro-pr | Quelle: Research asia research news
Weitere Informationen: www.riken.jp
prl.aps.org/abstract/PRL/v107/i2/e026602
www.researchsea.com
Weitere Berichte zu: Advanced Investigator Grant > electron spin > magnetic field > magnetic moment > quantum computer > quantum dot > RIKEN > Science TV
Trennung von Blutzellen im Mikrofluss
24.05.2012 | Universität Augsburg
Nomads of the Galaxy
24.05.2012 | Kavli Foundation
Krankheiten wie Parkinson, Alzheimer und bestimmte Krebsformen gehen auf eine fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen im Körper zurück.
Wissenschaftlern des Instituts für Photonische Technologien (IPHT) in Jena ist es erstmals gelungen, Proteinstrukturen auf sub-molekularer Ebene nachzuweisen und spektroskopisch zu analysieren. Ein wichtiger Schritt zum Verständnis der Krankheitsursachen.
„Bis heute hat man nicht genau verstanden, was die fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen, zum Beispiel im Zusammenhang mit Alzheimer, ...
Die Quantenphysik beschreibt physikalische Vorgänge in Festkörpern und anderen Vielteilchensystemen auch mit Hilfe von Quasiteilchen.
Innsbrucker Physikern um Rudolf Grimm ist es nun erstmals gelungen, ein neues Quasiteilchen - ein repulsives Polaron - in einem Quantengas experimentell zu erzeugen. Die Forscher berichten darüber in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift Nature.
Ultrakalte Quantengase sind ein ideales Experimentierfeld, um physikalische Phänomene in Festkörpern zu simulieren. Unter streng kontrollierten Bedingungen ...
Licht lässt die Partikel in der Atmosphäre wachsen. In einem Experiment hat ein internationales Forscherteam erstmals einen neuen Mechanismus nachweisen können, bei dem Partikel durch Licht größer werden und der damit Einfluss auf die Wolkenbildung und das Klima hat.
Photokatalytische Reaktionen können zu einer schnellen Bindung von nicht kondensierenden flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen (VOCs) auf der Oberfläche der Partikel führen. Unter solchen Bedingungen nehme die Größe und Masse der Partikel schnell zu, schreiben die Wissenschaftler im renommierten Fachblatt PNAS.
Die Ergebnisse des Laborexperimentes könnten Effekte erklären, die bisher schon bei Feldkampagnen ...
Ähnlich wie blutsaugende Insekten prüfen Pflanzenschädlinge ihren Wirt auf Abwehrsignale, bevor sie anfangen zu fressen
Pflanzen bilden wenige Minuten nach Angriff eines Fraßfeindes Jasmonsäure, ein Hormon, das die Verteidigung gegen Insekten in Gange setzt mit der Folge, dass giftige Stoffe wie Nikotin oder Verdauungshemmer in den Blättern akkumulieren.
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, Jena, haben jetzt herausgefunden, dass Zwergzikaden die Verteidigungsbereitschaft von Tabakpflanzen aufspüren können. ...
Wissenschaftlern vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn ist es erstmals gelungen, den Transport eines wichtigen Informationsträgers in biologischen Zellen praktisch unmodifiziert in Echtzeit zu filmen.
Die Studie zeigt, wie die so genannte Boten-RNA die Zellkernhülle überwindet und vom Zellkern in das Zytoplasma gelangt. Diese Arbeit ist nun in dem renommierten Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ (PNAS) publiziert.
Der Bauplan aller Lebewesen ist in ihrem Erbgut gespeichert. Dieses lagert bei höheren ...
Anzeige
Anzeige

Energieversorger vor dem Umbruch
24.05.2012 | Studien Analysen
Stem-cell-growing surface enables bone repair
24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie
Im wahrsten Sinne „Spitzenforschung“: IPHT-Forscher untersuchen Eiweißfasern mit größter Genauigkeit
24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie
NieKE Themenforum: Ökonomie - Tierschutz - Lebensmittelsicherheit
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Nachhaltigkeit in der Schifffahrt: Werte vs. Wertschöpfung
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Wissenschaft und Öffentlichkeit
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten