Dans le laboratoire de l'Université Purdue, un faisceau laser frappe un cristal de nitrure de bore hexagonal, et en réponse, un point de lumière unique scintille. Ce n'est pas une simple lueur : c'est un signal provenant d'un défaut de spin, une paire de spins électroniques dont l'un est couplé à un spin nucléaire de carbone-13. Ainsi commence l'histoire de la façon dont, dans un matériau bidimensionnel à température ambiante, deux objets quantiques ont été intriqués et amenés à travailler ensemble, comme un coursier et un archiviste.

Le spin électronique est un coursier rapide : il collecte rapidement des informations sur le champ magnétique environnant, mais il se fatigue vite. Sa cohérence, c'est-à-dire sa capacité à conserver la phase quantique, s'estompe en 141 nanosecondes. Le spin nucléaire est un archiviste fiable : il est lent, mais il conserve l'information quantique jusqu'à 1 milliseconde. Auparavant, ce tandem ne fonctionnait pas dans le nitrure de bore hexagonal : l'environnement nucléaire dense détruisait la cohérence du coursier avant qu'il ne puisse transmettre les données. Les physiciens ont trouvé une solution : une séquence de 1024 impulsions de refocalisation, comme une série de rappels brefs qui empêchent le coursier de dévier. Le temps de cohérence est passé à 38 microsecondes, soit 270 fois plus long.

L'intrication a été préparée avec une fidélité de 0,89 pour l'état de Bell Ψ+. Ce n'est pas un tour abstrait : le spin électronique, après avoir mesuré un champ magnétique variable, a transféré la phase accumulée au spin nucléaire, qui l'a soigneusement conservée pendant que le coursier se reposait. La spectroscopie de corrélation avec une telle mémoire quantique a atteint une résolution spectrale de 0,7 kHz, soit sept fois meilleure que sans elle. Auparavant, l'intrication dans des matériaux bidimensionnels à température ambiante n'avait pas été démontrée, et la courte cohérence du spin électronique dans le hBN limitait son utilisation dans les capteurs quantiques. Désormais, il est démontré que les spins électronique et nucléaire dans le hBN peuvent être intriqués, que la cohérence peut être prolongée jusqu'à 38 μs, et que le spin nucléaire peut servir de mémoire quantique pour améliorer la résolution spectrale d'un facteur sept.

Ce résultat place le nitrure de bore hexagonal au même rang que le diamant et le carbure de silicium en tant que plateforme pour les technologies quantiques. Les capteurs bidimensionnels à base de hBN pourraient cartographier les champs magnétiques avec une résolution nanométrique, étudier le magnétisme bidimensionnel et les structures de moiré. À terme, on envisage de passer à plusieurs spins nucléaires, de créer un registre quantique et de l'intégrer dans des hétérostructures de van der Waals. Le coursier et l'archiviste ne travaillent plus séparément : leur tandem ouvre la voie à des dispositifs quantiques hybrides compatibles avec la photonique.