Το 1965 ο Gordon Moore, μηχανικός της Intel πρότεινε πως κάθε περίπου δύο χρόνια ο αριθμός των τρανζίστορ σε ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα και μαζί η ταχύτητα επεξεργασίας πληροφοριών θα διπλασιαζόταν για τουλάχιστον τα 10 επόμενα έτη.
Ερευνητές του City College της Νέας Υόρκης και του πανεπιστημίου Berkeley χρησιμοποιούν λέιζερ για να ελέγχουν το σπιν των ηλεκτρονίων στους κοινούς ημιαγωγούς του εμπορίου. Το σπιν είναι μια κβαντική ιδιότητα των σωματιδίων που απαντάται μόνο στο μικρόκοσμο και παρομοιάζεται συχνά με ένα είδος εσωτερικής στροφορμής. (Πηγή: Yunpu Li, City College of New York)
Πέρασαν 47 χρόνια από τότε, και ο περίφημος πλέον «νόμος του Moore» επιβεβαιώνεται έως σήμερα. Για πόσο ακόμη όμως θα θεωρούμε δεδομένη την κατασκευή όλο και ταχύτερων, μικρότερων και φθηνότερων ηλεκτρονικών; Καθώς αρχίζουμε και προσεγγίζουμε τα φυσικά όρια των παραδοσιακών υλικών που χρησιμοποιούνται στην ηλεκτρονική, οι ερευνητές στρέφονται σε εναλλακτικές λύσεις που θα μπορούσαν να δημιουργήσουν τη νέα γενιά ακόμη ταχύτερων ηλεκτρονικών συσκευών, χρησιμοποιώντας ιδιότητες της ύλης σε ατομικό επίπεδο όπως το σπιν.
Ερευνητές του City College της Νέας Υόρκης και του πανεπιστημίου Berkeley χρησιμοποιούν λέιζερ για να ελέγχουν το σπιν των ηλεκτρονίων στους κοινούς ημιαγωγούς του εμπορίου. Το σπιν είναι μια κβαντική ιδιότητα των σωματιδίων που απαντάται μόνο στο μικρόκοσμο και παρομοιάζεται συχνά με ένα είδος εσωτερικής στροφορμής. Υπάρχουν δύο είδη σπιν, το «πάνω» και «κάτω» και έχουν να κάνουν με τη φορά αυτής της στροφορμής. Στους σημερινούς υπολογιστές η βασική μονάδα πληροφορίας, το bit παίρνει τιμές 0 και 1 και αυτή η τιμή καθορίζεται από το φορτίο του ηλεκτρονίου, πρόκειται δηλαδή για ηλεκτρισμό. Καθώς το σπιν μπορεί να ευθυγραμμιστεί με την επιβολή μαγνητικού πεδίου, οι υπολογιστές που προτείνει η ομάδα θα χρησιμοποιούν qubits, κβαντικά bits δηλαδή, όπου το 0 και 1 θα αντιστοιχούν με τον προσανατολισμό του σπιν του ηλεκτρονίου, δημιουργώντας έτσι τον πρώτο κβαντικό υπολογιστή που βασίζεται σε ηλεκτρονικά που χρησιμοποιούμε ευρέως και σήμερα.
Το φαινόμενο του σπιν χρησιμοποιείται σήμερα σε πλήθος συσκευών, όπως αυτή της μαγνητικής τομογραφίας (MRI). Χρησιμοποιώντας τη γνώση από την έρευνα για τους μαγνητικούς τομογράφους αλλά και για τις συσκευές που χρησιμοποιούνται στη μοριακή απεικόνιση, η ερευνητική ομάδα θέλει να δημιουργήσει συσκευές που ελέγχουν το σπιν σε υπολογιστικά συστήματα. Αυτό ως ένα βαθμό γίνεται ήδη και στους σύγχρονους σκληρούς δίσκους, οι οποίοι ελέγχονται από μαγνητισμό.
Το νέο κλάδο τον ονομάζουν σπιντρονική, και θέλουν να μεταφέρουν τη χρήση του σπιν από τον αποθηκευτικό ρόλο που έχει στους σύγχρονους υπολογιστές στο λειτουργικό κομμάτι των κυκλωμάτων που τους ελέγχουν. Καθώς οι μαγνήτες που χρειάζονται για να ελέγχουν το σπιν είναι συνήθως μεγάλοι, οι ερευνητές προτείνουν τη χρήση λέηζερ αντί μαγνητών. Η έρευνα υποστηρίζει πως ακτίνες λέηζερ είναι σε θέση να ελέγξουν το σπιν σε ημιαγωγούς γάλλιου - αρσενικού (GaAs), ενός πολύ διαδεδομένου υλικού στην ηλεκτρονική. Χρησιμοποιώντας κοινά λέηζερ του εμπορίου, καταφέρνουν να ελέγξουν τη συμπεριφορά των ηλεκτρονίων στον ημιαγωγό, δίχως τη μεσολάβηση μαγνητών.
Το πρόβλημα που έχουν να υπερκεράσουν είναι ο θόρυβος από τους πυρήνες των ατόμων στους ημιαγωγούς. Το σπιν στα πρωτόνια και τα νετρόνια του υλικού είναι παντελώς τυχαίο και προκαλεί μια διαταραχή στο σπιν των ηλεκτρονίων τα οποία είναι και ο στόχος του λέιζερ. Υπάρχουν τρόποι να «ησυχάσουν» το σπιν των πυρήνων, χρησιμοποιώντας υλικά όπως το ισότοπο άνθρακα - 12 που στην ουσία πρόκειται για ένα τεχνητό διαμάντι χωρίς σπιν ή λειτουργώντας τη συσκευή σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Προς το παρόν οι μέθοδοι αυτές είναι εξαιρετικά ακριβές, και μελετούν έτσι εναλλακτικές ιδέες που θα δώσουν το κατάλληλο αποτέλεσμα και θα είναι βιώσιμες. Αν και χρειάζεται περαιτέρω έρευνα για να υπάρξει πρακτική χρήση αυτής της ανακάλυψης πρόκειται για άλλο ένα σημαντικό βήμα προς την κατασκευή κβαντικών υπολογιστών.
