Международная группа физиков сообщила о прямом оптическом управлении и считывании отдельного ядерного спина эрбия-167 в кристалле. Авторы получили точность однократного считывания 91(2)% и время когерентности более 0,2 секунды. Работа опубликована 29 августа 2026 года в Nature Communications. Исследование относится к мирным фундаментальным технологиям для будущих квантовых сетей и распределённых вычислений.
Эксперимент провели Александр Улановски, Йоханнес Фрю, Фабиан Саламон, Адриан Хольцапфель и Андреас Райзерер. В статье указаны Технический университет Мюнхена, Munich Center for Quantum Science and Technology, TUM Center for Quantum Engineering и Институт квантовой оптики Общества Макса Планка.
Главное за минуту
- В кристалл иттрий-ортосиликата внедрили отдельные ионы эрбия-167 и поместили образец в криогенный оптический резонатор Фабри — Перо.
- Исследователи выполнили оптическую инициализацию, когерентное управление и однократное считывание ядерного спинового кубита.
- Заявленная точность считывания составила 91(2)%, а сохранение когерентности превысило 0,2 секунды.
- Эрбий излучает в телекоммуникационном C-диапазоне, удобном для передачи света по обычному оптоволокну с малыми потерями.
- Это лабораторный результат при криогенной температуре, а не готовая квантовая сеть или «квантовый интернет».
Как устроен эксперимент
Ядерные спины в твёрдых телах рассматривают как кандидатов на роль квантовой памяти: они могут сравнительно долго сохранять квантовое состояние. Однако напрямую подготовить, управлять и надёжно считывать отдельный ядерный спин светом сложно — его оптический сигнал очень слаб.
Авторы использовали ионы эрбия-167 в кристалле YSO и усилили их взаимодействие со светом с помощью резонатора Фабри — Перо. Ширина линии резонатора составляла 65 МГц, что значительно меньше расстояния 0,9 ГГц между соседними сверхтонкими уровнями. Благодаря этому резонатор выборочно усиливал излучение нужного перехода и помогал различать состояние кубита.
Сильное магнитное поле также подавляло влияние парамагнитных примесей. По данным авторов, это позволило сохранить когерентность дольше 0,2 секунды. Полное описание метода и ограничений доступно в открытом препринте исследования.
Почему важен телекоммуникационный диапазон
Оптические переходы эрбия находятся в C-диапазоне, который уже используется в волоконно-оптической связи. На этих длинах волн сигнал может проходить по стекловолокну с относительно небольшими потерями. Поэтому один и тот же физический элемент потенциально способен хранить квантовое состояние и обмениваться фотонами через существующую оптоволоконную инфраструктуру.
В перспективе такие узлы рассматривают для квантовых повторителей — промежуточных устройств, которые должны помочь передавать квантовые состояния на большие расстояния. Возможные мирные сценарии включают связь между распределёнными квантовыми процессорами, научными сенсорами и исследовательскими центрами.
Cifrum.kz ранее рассказывал, как квантовый процессор IBM Heron использовали для моделирования физического процесса на 104 кубитах. Новая работа решает другую задачу: не вычисление внутри одного процессора, а создание управляемой памяти, способной в будущем стать частью сетевого узла.
Что результат пока не доказывает
Авторы продемонстрировали ключевые операции с отдельным ядерным спином в контролируемой лабораторной установке. Они не построили законченную сеть, не показали дальнюю передачу через действующую линию связи и не назвали срок появления коммерческих устройств. Для практической системы ещё потребуются масштабирование числа кубитов, стабильное производство узлов, высокая эффективность преобразования фотонов и работа многих компонентов в едином протоколе.
Поэтому точнее говорить о перспективной экспериментальной платформе, а не о готовом квантовом интернете. Сильная сторона работы — сочетание точного считывания, сравнительно долгой когерентности и совместимости с телекоммуникационными длинами волн в одном материале.
Источники
- Nature Communications: Cavity-enhanced optical readout and control of nuclear spin qubits
- arXiv: открытая версия статьи
- TUM Quantum Networks: список публикаций группы
Иллюстрация: Cifrum.kz. Изображение сгенерировано с помощью ИИ и концептуально показывает квантовую память; это не фотография установки TUM или MPQ.
Комментарии к статье