Одиночный атом эрбия, закреплённый на серебряной подложке, хранит квантовую информацию в своём спине — собственном моменте импульса электрона, который можно представить как внутреннее вращение. До недавнего времени для переворота этого спина требовался магнитный импульс — грубый инструмент, который воздействует на соседние атомы и работает медленно. Теперь физики из Германии и Кореи продемонстрировали, что достаточно одного электрического напряжения.

Ключ к методу — соседний атом титана. Он расположен рядом с эрбием и связан с ним обменным взаимодействием — той же квантовой силой, что удерживает атомы в молекуле. Когда на кончик иглы туннельного микроскопа подают напряжение, возникающее электрическое поле слегка смещает атом титана. Тот, действуя как рычаг, через обменное взаимодействие тянет за собой спин эрбия и переворачивает его. Вся операция занимает меньше наносекунды.

Авторы измерили скорость отклика спина на электрический толчок. Оказалось, что частота Раби — темп, с которым спин осциллирует между состояниями «вверх» и «вниз», — достигает почти миллиарда циклов в секунду. Для спинов редкоземельных ионов это рекорд: прежний результат был в десять раз ниже. Причём управление работает одинаково эффективно при любой ориентации магнитного поля, что редкость для таких систем.

Такой электрический руль открывает путь к квантовым схемам, где каждый спин адресуется отдельно и быстро. Редкоземельные ионы славятся долгой квантовой памятью — их спины могут хранить информацию секундами, тогда как соседние кубиты теряют её за миллисекунды. Если теперь их можно ещё и быстро переключать, сочетание долгой памяти и высокого темпа выглядит многообещающе для квантовых технологий.