Квантовый провод — это скоростная магистраль, где электроны несутся плотным потоком. У каждого электрона есть собственное внутреннее вращение — спин, — и до сих пор считалось, что разделить этот поток на две полосы, для «левого» и «правого» вращения, без потери квантовой упорядоченности почти невозможно. Нужны были либо сильные магниты, либо сложные трюки с потерей энергии.

Авторы работы нашли обходной путь. Они обратили внимание на системы, где спины электронов на уровне Ферми (на самой высокой занятой энергетической ступеньке) не выстроены в одну линию, а слегка развёрнуты друг относительно друга. Такая несоосность — ключ к сортировке. Её можно создать, добавив в материал с спин-орбитальным взаимодействием дополнительную степень свободы — псевдоспин. Он возникает из-за того, что электрон может занимать разные положения в кристаллической решётке: разные долины, подрешётки или орбитальные угловые моменты. Это как если бы к обычному пропуску на магистраль добавили цветовую метку.

На обычных полупроводниковых проводах и оксидных нанопроволоках удалось достичь 10-процентной эффективности разделения спинов. При этом квантовая когерентность — та самая упорядоченность, благодаря которой работают квантовые компьютеры, — сохраняется. Раньше думали, что одно исключает другое, но магистраль с «цветными» полосами оказалась свободной от пробок. Теперь у инженеров есть чёткий рецепт: чтобы создать спиновый фильтр в квантовой проволоке, достаточно правильно подобрать материал с несоосными спинами на уровне Ферми. Это шаг к компактным спиновым транзисторам и элементам квантовой логики без громоздких магнитов.