ذرة إربيوم مفردة مثبتة على ركيزة فضية تخزن المعلومات الكمومية في دورانها – الزخم الزاوي الذاتي للإلكترون، والذي يمكن تصوره كدوران داخلي. حتى وقت قريب، كان قلب هذا الدوران يتطلب نبضة مغناطيسية – أداة خشنة تؤثر على الذرات المجاورة وتعمل ببطء. الآن، أظهر فيزيائيون من ألمانيا وكوريا أن جهدًا كهربائيًا واحدًا يكفي.

مفتاح الطريقة هو ذرة تيتانيوم مجاورة. تقع بجوار الإربيوم وترتبط به عبر التفاعل التبادلي – نفس القوة الكمومية التي تربط الذرات في الجزيء. عند تطبيق جهد على طرف إبرة المجهر النفقي، فإن المجال الكهربائي الناشئ يزيح ذرة التيتانيوم قليلاً. وهذه الأخيرة، التي تعمل كرافعة، تسحب دوران الإربيوم عبر التفاعل التبادلي وتقلبه. تستغرق العملية كلها أقل من نانوثانية.

قام المؤلفون بقياس سرعة استجابة الدوران للدفعة الكهربائية. وتبين أن تردد رابي – وهو المعدل الذي يتأرجح فيه الدوران بين الحالتين «أعلى» و«أسفل» – يصل إلى ما يقارب مليار دورة في الثانية. بالنسبة لدورانات أيونات العناصر الأرضية النادرة، هذا رقم قياسي: النتيجة السابقة كانت أقل بعشر مرات. علاوة على ذلك، يعمل التحكم بكفاءة متساوية في أي اتجاه للمجال المغناطيسي، وهو أمر نادر لمثل هذه الأنظمة.

هذه الدفة الكهربائية تفتح الطريق أمام دوائر كمومية حيث يتم توجيه كل دوران بشكل فردي وسريع. تشتهر أيونات العناصر الأرضية النادرة بذاكرتها الكمومية الطويلة – يمكن لدوراناتها تخزين المعلومات لثوانٍ، بينما تفقد الكيوبتات المجاورة ذلك خلال ميلي ثانية. إذا أمكن الآن أيضًا تبديلها بسرعة، فإن الجمع بين الذاكرة الطويلة والسرعة العالية يبدو واعدًا للتقنيات الكمومية.