Technische Universiteit Delft
Spin
door M&C
Promotie van dhr. F.H.L. Koppens: "Coherence and control of a single
electron spin in a quantum dot"
08 oktober 2007 | 15:00 uur
plaats: Aula TU Delft
De heer Ir. F.H.L. Koppens | natuurkundig ingenieur, Nederland
promotor | Prof.dr.ir. L.P. Kouwenhoven (TNW)
toeg.prom | Dr.ir. L.M.K. Vandersypen (TNW)
Coherence and control of a single electron spin in a quantum dot
Een elektron bezit niet alleen elektrische lading, maar heeft ook een
klein magnetisch moment, genaamd spin. In een magneetveld kan de spin
in dezelfde richting als het veld wijzen (spin-op) of in omgekeerde
richting (spin-neer). Echter, de wetten van de quantummechanica laten
de spin ook toe om in beide toestanden tegelijkertijd te bestaan (de
zogenaamde superpositie). Een elektronspin is een veelbelovende
representatie van een quantumbit, of "qubit". Dit is een belangrijke
bouwsteen voor de quantumcomputer, een computer die voor de uitvoering
van een bepaald soort berekeningen in potentie veel krachtiger is dan
een conventionele computer. Een "qubit" kan niet alleen "0'' of "1''
zijn zoals in conventionele computers, maar kan ook in beide
toestanden tegelijkertijd bestaan.
In dit onderzoek beschrijven we experimenten welke de manipulatie van
één enkele elektronspin demonstreren en weergeven hoe goed
quantuminformatie in de spintoestanden van één en twee elektronen kan
worden opgeslagen. Éen enkel elektron kunnen we opsluiten in een
zogenaamde "quantum dot", een elektrische val voor elektronen in een
halfgeleidermateriaal. We hebben een enkele spin geroteerd naar iedere
gewenste superpositietoestand via korte pulsen van een wisselend
magneetveld, en vervolgens uitgelezen via de spin van een tweede
elektron. Interessant is dat ook pulsen van een wisselend elektrisch
veld het mogelijk maakten de spin te manipuleren. Daarbij hebben we
gebruik gemaakt van de koppeling van de spin met zijn orbitaal, een
intrinsieke eigenschap van de halfgeleider. Ten slotte hebben we de
verstoringen van de omgeving op de spintoestanden van één en twee
elektronen onderzocht. We hebben gevonden dat de quantuminformatie van
één enkele elektronspin kan worden behouden gedurende op z'n minst 0.5
microseconden. Deze resultaten laten de mogelijkheid zien van het
gebruik van enkele elektron spins in een quantum dot als quantum bits.
Laatst gewijzigd: 26 september 2007