La lumière pénètre dans une minuscule cavité aux parois miroirs et atteint un atome d'erbium caché dans un cristal. L'atome absorbe la lumière et fait basculer son noyau dans un autre état — comme un interrupteur qui clique sous la pression. Mais cet interrupteur n'est pas ordinaire : il obéit aux lois du monde quantique et peut se trouver dans deux positions à la fois. Un tel noyau est un bit quantique prêt à l'emploi, ou qubit, pour de futurs réseaux où l'information est transmise non par l'électricité mais par des particules de lumière individuelles.

Auparavant, on travaillait avec ces noyaux à l'aveugle : pour connaître leur état, il fallait moyenner le signal de nombreux atomes ou effectuer des mesures indirectes complexes. Désormais, les chercheurs ont placé le cristal dopé à l'erbium dans un résonateur optique — une paire de miroirs entre lesquels la lumière rebondit de nombreuses fois, renforçant l'interaction avec l'atome. Le résonateur est accordé si finement qu'il ne « voit » qu'un seul type de transition dans le noyau, sans toucher aux voisines. Grâce à cela, ils ont pu déterminer en une seule mesure l'état du noyau avec une précision de 91 %.

Le principal atout : l'erbium émet de la lumière dans la même gamme que la fibre optique classique utilisée pour Internet. Ces qubits peuvent donc être directement connectés aux lignes de communication existantes, pour bâtir des réseaux quantiques entre villes. Les noyaux d'erbium dans le cristal sont comme des cellules de mémoire bien rangées, lues par la lumière et qui ne perdent pas leurs données pendant la transmission.