Одинокий атом эрбия лежит на серебряной подложке, и его спин — внутреннее вращение электрона — хранит квантовую информацию. Раньше, чтобы перевернуть этот спин, требовался магнитный импульс: грубый инструмент, который задевает соседей и медленно работает. Теперь физики из Германии и Кореи показали, что достаточно одного электрического напряжения.

Секрет в соседнем атоме титана. Он сидит рядом с эрбием и связан с ним обменным взаимодействием — той же силой, что держит вместе атомы в молекуле. Когда на кончик иглы туннельного микроскопа подают напряжение, электрическое поле слегка смещает титан. Тот, как рычаг, тянет за собой спин эрбия и переворачивает его. Вся операция занимает меньше наносекунды.

Авторы измерили, насколько быстро спин откликается на электрический толчок. Оказалось, частота Раби — темп, с которым спин колеблется между состояниями «вверх» и «вниз» — достигает почти миллиарда циклов в секунду. Для редкоземельных спинов это рекорд: прежний результат был в десять раз скромнее. Причём управление работает одинаково хорошо в любом направлении магнитного поля, что редкость для таких систем.

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