Свет входит в крошечную полость с зеркальными стенками и попадает на атом эрбия, спрятанный в кристалле. Атом поглощает свет и перебрасывает своё ядро в другое состояние — как тумблер, который щёлкает от нажатия. Но тумблер этот не обычный: он живёт по законам квантового мира и может находиться в двух положениях одновременно. Такое ядро — готовый квантовый бит, или кубит, для будущих сетей, где информация передаётся не электричеством, а одиночными частицами света.
Раньше с такими ядрами работали вслепую: чтобы узнать их состояние, приходилось усреднять сигнал от многих атомов или проводить сложные косвенные измерения. Теперь исследователи поместили кристалл с примесью эрбия в оптический резонатор — пару зеркал, между которыми свет мечется много раз, усиливая взаимодействие с атомом. Резонатор настроен так узко, что «видит» только один тип переходов в ядре, не задевая соседние. Благодаря этому удалось за один-единственный замер определить, в каком состоянии находится ядро, с точностью 91%.
Главный бонус — эрбий излучает свет в том же диапазоне, что и обычное оптоволокно для интернета. Значит, такие кубиты можно напрямую подключать к существующим линиям связи, строя квантовые сети между городами. Ядра эрбия в кристалле — как аккуратные ячейки памяти, которые считываются светом и не теряют данные за время передачи.
Эрбий — редкоземельный элемент, который также используется в лазерах и оптических усилителях. Его «любимая» длина волны 1,5 микрометра совпадает с окном прозрачности оптоволокна, поэтому сигнал почти не затухает на километры.
В романе «Квантовый вор» Ханну Райаниеми квантовые состояния используются как валюта и оружие; здесь ядерные спины эрбия становятся надёжными ячейками для такой «квантовой наличности».