Ähnlich zur Ladung kann das Elektron auch einen anderen Freiheitsgrad besitzen: den Tal-Pseudospin, der das Tal bestimmt, das das Elektron besetzt. Täler sind lokale Minima in den Energiebändern von Festkörpern. Ähnlich wie 1 und 0 können zwei Täler als zwei Einheiten von Operationen angesehen werden. Darüber hinaus können auch Operationen zwischen den beiden Einheiten, d. h. die Superposition von 1 und 0, mit zwei Tälern realisiert werden. Das Superpositionsprinzip ist ein wesentlicher Bestandteil der Quantentechnologie. Daher könnten diese Täler zur Verschlüsselung, Verarbeitung und Speicherung von Quanteninformationen bei Raumtemperatur verwendet werden - ein heiliger Gral für Quantencomputing. Die derzeitigen Quantencomputer von Google, IBM und Microsoft arbeiten bei ultratiefen Temperaturen (-321°F oder weniger).
Die Realisierung von atomar dünnem Graphen bietet die Möglichkeit einer Revolution in der digitalen Elektronik. Graphen verspricht nicht nur eine Miniaturisierung der Geräte, sondern auch eine Verbesserung ihrer Betriebsgeschwindigkeit, da es außergewöhnliche Transport- und Wärmeeigenschaften aufweist. Eine Monolage Graphen besteht aus sechs Kohlenstoffatomen in einem hexagonalen Muster und weist Inversionssymmetrie auf. Eine Einheitszelle von Graphen, eine strukturelle Basiseinheit, besitzt zwei Kohlenstoffatome. Dies führt zu zwei identischen Tälern als Folge von Graphen's Inversionssymmetrie. Identische Täler bedeuten identische Operationseinheiten und nicht 1 und 0. Das macht Graphen trotz seiner anderen wunderbaren Eigenschaften für Taloperationen ungeeignet. Es war ein allgemein anerkannter Glaube, dass Taloperationen in Graphen nicht durchführbar sind.
Es wurden mehrere ähnliche Materialien mit zwei verschiedenen Arten von Atomen synthetisiert, so dass diese Materialien keine Inversionssymmetrie aufweisen und zwei unterschiedliche Täler besitzen. Diese Materialien sind jedoch in Bezug auf andere Eigenschaften nicht so gut wie Graphen.
In einer kürzlich in der Zeitschrift Optica veröffentlichten Arbeit schlagen Autoren aus Indien und Deutschland eine Idee vor, die es ermöglicht, eine Talpolarisation in einer einzigen Graphenschicht zu realisieren - ein wichtiger Schritt für die Quantentechnologie. Die Asymmetrie zwischen den beiden Tälern wird erreicht, indem die Polarisation von Licht an die Symmetrie des dreieckigen Gitters von Graphen angepasst wird. Dies ermöglicht es, die Symmetrie zwischen benachbarten Kohlenstoffatomen zu brechen und die anisotrope Bandstruktur in den Regionen nahe den Tälern auszunutzen, was eine Talpolarisation herbeiführt.
Die Lichtblitze steuern nicht nur die Asymmetrie zwischen den beiden Tälern, sondern sie bewegen das Elektron auch mehrere hundert Billionen Mal in einer Sekunde hin und her. Dies eröffnet den Zugang zur Durchführung von Valleytronics mit einer Petahertz-Rate - millionenfach schneller als die heute übliche Geschwindigkeit. Durch die Ausnutzung der lichtgetriebenen Taloperationen in Graphen könnten eines Tages Quantencomputer, die wie gewöhnliche Computer bei Umgebungstemperatur arbeiten, möglich werden.
