Un director dirige una orquesta de miles de millones de músicos y, al mismo tiempo, escucha a cada uno por separado. Algo así es lo que intentan lograr los físicos cuando quieren hacer convivir la luz y los espines de los electrones en un sólido. El nuevo resonador descrito en el trabajo da el primer paso: hace que una enorme cantidad de objetos cuánticos idénticos oscilen al unísono y luego escucha con cuidado su coro sin sacarlos del ritmo.
El dispositivo es una cavidad tridimensional de metal superconductor que contiene un diamante con defectos especiales: vacantes de nitrógeno. Estos defectos se comportan como diminutos imanes capaces de almacenar información cuántica. El resonador está diseñado de modo que sus dos modos (dos tipos distintos de oscilaciones electromagnéticas) ocupan el mismo espacio pero casi no se afectan entre sí. Un modo se usa para el control colectivo de los espines, y el otro, sintonizado a una frecuencia diferente, para leer su estado. Gracias a la simetría geométrica, los campos dentro de la cavidad son muy uniformes, de modo que todos los espines sienten el mismo efecto.
A una temperatura de 28 milikelvin (cien veces más frío que el espacio exterior), los investigadores observaron un fuerte acoplamiento colectivo entre el modo del resonador y el conjunto de espines. La fuerza de acoplamiento alcanzó los 5 megahercios, como si el director pudiera manejar un estadio entero sin perder el contacto con ningún músico. Además, la lectura resultó no destructiva: la medición no borra el estado cuántico, solo lo perturba ligeramente. Esto es importante para los futuros ordenadores cuánticos, donde la información debe verificarse muchas veces sin dañarla.
La compacidad del diseño y la posibilidad de ajustar el acoplamiento hacen de este resonador un bloque de construcción útil para sistemas híbridos, donde la luz y la materia intercambian información cuántica. En el futuro, estos dispositivos podrían ayudar a crear repetidores cuánticos para comunicaciones de larga distancia o interfaces entre diferentes tipos de cúbits.
La temperatura de 28 milikelvin a la que trabajó el resonador está solo un poco por encima del cero absoluto. A esa temperatura, las vibraciones térmicas casi se detienen y los efectos cuánticos pasan a primer plano.