Jednym z najpoważniejszych wyzwań stojących przed projektantami komputerów kwantowych, postulowanych od lat osiemdziesiątych ubiegłego wieku maszyn liczących, wykorzystujących do obliczeń prawa mechaniki kwantowej, znacznie szybszych i potężniejszych od obecnie używanych, jest problem dekoherencji. Spośród wielu proponowanych rozwiązań problemu dekoherencji, obok mniej lub bardziej skomplikowanych schematów korekcji błędów, najbardziej obiecującym wydaje się wykorzystanie tak zwanych niezmienników topologicznych, czyli właściwości fizycznych związanych z głęboko pojętymi symetriami, które pozostają niezmienione przy małych, lokalnych zaburzeniach danego systemu. Od lat trwają w związku z tym poszukiwania układów i obiektów fizycznych, które umożliwiałyby z jednej strony zbudowanie podstawowych klocków komputera kwantowego, kubitów pamięci i bramek kwantowych, zaś z drugiej, które by posiadały wymagane atrybuty topologiczne.

zwiń →    

W ferromagnetykach zmiana kierunku namagnesowania może być indukowana m.in. przez przyłożenie zewnętrznego pola magnetycznego albo przez prąd spolaryzowany spinowo. W przypadku zastosowania prądu spinowego zmiana ta zachodzi dzięki zjawisku transferu spinowego momentu skręcającego (spin-transfer torque STT effect). Polega ono na tym, że pole magnetyczne związane ze spinowym momentem pędu nośników oddziałuje z momentami magnetycznymi jonów znajdujących się w cienkiej warstwie ferromagnetyka. Ten mechanizm jest stosowany w nowoczesnych pamięciach komputerowych typu MRAM, jednak gęstość prądu wymagana do zainicjowania STT wynosi ok, 1 x 10⁶ A cm^-2 lub inaczej ok. 1 x 10²⁵ elektronów s^-1 cm^-2. Taki stosunkowo wysoki prąd znacząco wpływa na strukturę i osiągane parametry pracy urządzeń.

zwiń →    

Jednym z najważniejszych odkryć w fizyce materii skondensowanej ostatnich lat było odkrycie izolatorów topologicznych. W tych nowych kwantowych materiałach symetria odwrócenia czasu i silne oddziaływanie spin-orbita prowadzą do tego, ze kryształy, które wewnątrz swojej objętości są izolatorami, na powierzchni przewodzą prąd jak metale. Materiały te, wykazują szereg unikalnych właściwości dotyczących transportu elektronowego. Do najważniejszych z nich zaliczyć trzeba fakt, że metaliczne stany powierzchniowe są topologicznie chronione tzn. odporne na wszelkie niemagnetyczne zaburzenia. Ta własność sprawia, że izolatory topologiczne są bardzo poważnie rozważane jako materiały dla zastosowań spintronicznych.

zwiń →