Čekání na mikroprocesor
Základní výzkum s potenciálem aplikací ve spintronice přitahuje stále více pozornosti a peněz renomovaných firem. Vytvoření širokého výzkumného týmu, věnujícího se otázkám spintroniky, nedávno oznámila například firma IBM společně se Stanfordskou univerzitou. Cílem jejich projektu je plně programovatelný spinový mikroprocesor.
Zahrnutí spinu do výpočetních procesů by kromě zvýšení výpočetní rychlosti umožnilo i další zajímavé triky, jakým je například paralelní přenos dvou signálů pomocí dvou opačných spinových orientací, současné zpracování optických a elektrických signálů polovodičem atd. Výsledkem by mohla být nová generace elektroniky, která by kombinovala zpracování, uchování a přenos informace v rámci jednoho čipu.
Spiny a kvantové počítání
Existují ještě odvážnější plány, o jejichž možné úspěšnosti dnes můžeme pouze spekulovat. Dosud jsme se zabývali metodami, které sice využívaly kvantového spinu elektronů, ale byly založeny v podstatě na makroskopických efektech – na proudech a magnetizacích, vznikajících součinností velkého množství polarizovaných elektronů. Spinové technologie by však mohly umožnit také sestrojení kvantového počítače, který by manipuloval se spiny jednotlivých elektronů. Taková zařízení by tvořila třetí generaci aplikací spintroniky.
Jakkoliv vzdálené se dnes sny o kvantovém počítání mohou zdát, naději do žil optimistů vlévají experimenty zjišťující poločas rozpadu spinové polarizace elektronů v polovodičích a délku, kterou za tuto dobu elektrony urazí. Ukázalo se, že koherentní kvantové superpozice elektronových spinových stavů, které jsou nutné k uskutečnění kvantových výpočtů, mohou v kvalitních galium-arsenidových polovodičích za nízkých teplot přežívat poměrně dlouhé doby – až stovky nanosekund. Tomu odpovídají relativně velké vzdálenosti, jež je koherentní vlnový balík elektronových spinů schopen proběhnout – byly naměřeny hodnoty okolo jednoho mikronu, což je délka mnohonásobně přesahující charakteristické rozměry součástí dnešních mikročipů.
Kvantová koherence je zachována i při transportu elektronů přes rozhraní různých typů polovodičů, což by umožnilo využití velmi užitečných heterogenních polovodičových struktur ve spintronice. Pomocí ultrarychlých laserových pulsů bylo ukázáno, že otáčení elektronového spinu může být v polovodiči prováděno rychlostí, která by dovolila provedení řádově tisíce kvantových operací v intervalu před ztrátou koherence.
Všechny tyto výsledky jsou velmi povzbudivé. I kdyby se ale realizace snu o kvantovém počítání měla odsunout na neurčito, zmíněné experimenty nás učí porozumění fyzikálním procesům, jejichž ovládnutí se možná ukáže stejně přelomové jako objev tranzistoru před 50 lety. Spintronická zařízení druhé generace by znamenala revoluci v současné počítačové technologii a zajistila možnosti jejího růstu na dlouhou dobu dopředu.
Další informace
http://www.scienceworld.cz/sw.nsf/ID/ACC06C68894516F3C1256E970048FF74?OpenDocument&cast=1 – úvodní článek na Science Worldu
http://www.sciam.com/issue.cfm?issuedate=Jun-02 – článek z časopisu Scientific American
http://en.wikipedia.org/wiki/Spintronics – heslo „spintronics“ v internetové encyklopedii Wikipedia
