粒子自旋新理论推进了量子计算科学的研究

美国能源部所属的阿贡国家实验室的物理学家提出一种突破性的理论，在不采用超导磁体的情况实现对粒子自旋的控制——这项进展推动了自旋电子学方面的研究，并且使有关量子计算的研究向前推进一步。
　　自旋理论，也称为自旋电子学，是一项为了开发探索量子物理的神秘世界，或者很难想象的原子水平的微小尺度下的物理，特别是研究电子的自旋向上与自旋向下的而出现的一项新技术。常规的电子学方法是采用电子电量的方法研究。而自旋电子学器件利用电子自旋与电子电量来实现新的功能。
　　全世界的科学家竞相加入自旋电子学的研究领域。它将使现在的计算机工业发生革命性的变化，实现比现有的最先进的计算机技术，功能更为多样，计算能力呈指数倍增长的计算机芯片。
　　物理学家Dimitrie Culcer，Roland Winkler及德国雷根斯堡大学的Christian Lechner将在九月出版的第八期物理评论快报上发表他们的研究结果。Culcer和Winkler现任职于北伊利诺斯州大学，他们同时也是阿贡实验室的高等光子源实验室成员。
　　Winkler 说“我们的研究给出了操控半导体材料自旋的一种新的途径。”，指出“在大多数的器件中，使用大体积的超导磁体是不切实际的，这就使得这项研究很有意义。”
　　物理学家提出了对镓砷半导体材料加电流来实现对自旋的感应产生和操控的理论，镓砷材料作为一种最普通的半导体材料，也被称为自旋3/2空穴系统，之前人们对其的研究的很少。空穴系统即空缺的电子，而3/2是指自旋的大小。可以用掺杂方法实现自旋3/2空穴系统，即在本征半导体材料中引入相比本征半导体材料少一个电子的杂质材料。
　　按照研究者所说的，几何关系也必定在自旋操控中起着重要作用。他们提出开发一种纳米尺度的，L形状的器件，以研究在自旋3/2空穴系统中最新发现的效应。
　　Winkler指出“自旋极化在电流拐角处流动实现。”
　　Winkler补充说“我们相信我们发现了一种实现自旋极化的新方法。”“我们不再需要一个大的磁体。在我们的方案中，唯一需要的是对样品加电流，这种方法相比把样品放入一个大的磁线圈当中要简便很多。对于电流你只需两个接触器。”
　　Culcer指出研究人员希望论文的发表能够引起人们对这项可由自旋3/2空穴系统实现的，令人激动人心的、新的物理领域的注意。
　　Culcer说“我们做基础研究，并不做直接的信息技术方面的工作”“然而有关量子计算的研究者主要是对自旋系统有兴趣。在过去的五十年里，科学家集中研究了称之为自旋1/2系统。”
　　他接着说，“我们这篇论文的主要目标是展示对于自旋3/2系统可以取得的进展，”“我们希望能够给科学家指出一个新的方向，这个新方向可以提供一些新的应用领域，以及提供一种未来有发展前景的操控信息新方法。”
　　刘乐译自：physorg.com网站 2006年9月15日