Un cristal qui se souvient express
La mémoire quantique, c'est comme un flocon de neige fragile : un geste maladroit et il fond. Les scientifiques cherchent des matériaux où l'on peut tenir un tel « flocon » sans craindre qu'il ne fonde. Dans cette nouvelle étude, ils ont examiné un cristal de tungstate de calcium dopé à l'erbium, un métal des terres rares. Il s'avère que l'erbium, à l'intérieur de ce cristal, possède une propriété cachée qui aide à retenir l'information.
À une température inférieure à 50 millikelvins (soit des centaines de fois plus froid que dans l'espace interstellaire), les scientifiques ont mesuré la réaction des atomes d'erbium à un champ magnétique. Ils ont observé que ces atomes ne possèdent pas seulement des propriétés magnétiques, mais aussi un champ électrique interne au noyau, qui n'avait pas été pris en compte auparavant. C'est précisément ce champ qui permet de trouver des « havres de paix » — des états où l'atome est presque insensible aux perturbations extérieures. Dans ces états, l'information quantique peut vivre beaucoup plus longtemps.
Désormais, le tungstate de calcium peut être considéré comme un matériau prometteur pour la mémoire quantique. Une telle mémoire est la clé des ordinateurs quantiques qui pourront communiquer entre eux sur de longues distances.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2601.16362
We report microwave spectroscopy of $$^{167}$$Er$$^{3+}$$ doped in CaWO$$_4$$ which reveals the hyperfine splitting of the erbium electronic ground state ($$Z_1$$, $$J_\mathrm{eff.}$$=15/2) induced by the $$I$$=7/2 nuclear spin. From spectra measured below$$\sim$$50 mK in magnetic fields up to 200 mT, we extract spin Hamiltonian parameters including the electron $$\textbf{g}$$, hyperfine $$\textbf{A}$$, and nuclear electric quadrupolar $$\textbf{Q}$$ tensors. Crucially, our analysis demonstrate unambiguously, that the previously unobserved nuclear electric quadrupolar moment is essential to reproduce the experimental data. With these refined parameters, we identify zero first-order Zeeman (ZEFOZ) transitions at zero magnetic field. Extending the analysis to finite fields, we uncover that ZEFOZ points lie either along the $$c$$ axis or within the $$a$$-$$b$$ plane. These results establish CaWO$$_4$$ as a promising host for long lifetime quantum memories.
L'erbium doit son nom au village suédois d'Ytterby, où l'on a trouvé un minéral contenant cet élément. Dans ce même village, on a découvert trois autres éléments : l'yttrium, le terbium et l'ytterbium.