Forskare har tagit ett viktigt steg mot framtidens kvantkommunikation genom att visa hur sällsynta jordartsjoner kan användas för att lagra och hantera kvantinformation direkt vid de våglängder som används i dagens fiberoptiska telekommunikationsnät.
Upptäckten löser ett av de stora problemen inom utvecklingen av ett praktiskt kvantinternet. Hittills har många kvantsystem fungerat vid ljusvåglängder som inte är kompatibla med den befintliga telekominfrastrukturen, vilket krävt komplicerade och energikrävande omvandlingar av signalerna. Den nya tekniken kan i stället göra det möjligt att överföra kvantinformation direkt genom existerande fibernät.
Erbium passar perfekt för fibernät
Forskarna fokuserade på erbiumjoner, ett grundämne som tillhör de sällsynta jordartsmetallerna.
Erbium är redan välkänt inom telekommunikation eftersom det används i optiska fiberförstärkare. Dess atomära övergångar sker naturligt kring 1 550 nanometer, samma våglängdsområde där vanliga optiska fibrer har sina lägsta förluster.
Det gör materialet särskilt intressant för kvantteknik, eftersom kvantinformation kan skickas långa sträckor utan att först behöva omvandlas till andra ljusfrekvenser.
Kvantminnen är en nyckelkomponent
En central del av framtidens kvantinternet är så kallade kvantminnen.
Till skillnad från ett vanligt datorminne lagrar ett kvantminne information i form av kvanttillstånd, eller qubits. Dessa fungerar som tillfälliga ”buffertar” som gör det möjligt att synkronisera information mellan olika delar av ett kvantnätverk.
Utan tillförlitliga kvantminnen blir det mycket svårt att bygga kvantrepeaters – de noder som krävs för att skicka kvantinformation över mycket långa avstånd.
Lång koherenstid ger stora fördelar
En av de viktigaste egenskaperna hos sällsynta jordartsjoner är deras ovanligt långa koherenstid – den tid då ett kvanttillstånd kan bevaras utan att störas av omgivningen.
Den långa stabiliteten gör att information kan lagras under betydligt längre tid än i många andra kvantsystem. Samtidigt kan jonerna byggas in i fasta kristaller, vilket underlättar utvecklingen av robusta komponenter som kan integreras i framtida kvantteknik.
Forskarna menar att kombinationen av lång livslängd och telekomkompatibilitet gör materialet särskilt lovande för praktiska tillämpningar.
Kan utnyttja befintlig infrastruktur
En av de största fördelarna med tekniken är att den kan fungera tillsammans med dagens fiberoptiska nät.
I stället för att bygga ett helt nytt kommunikationssystem skulle framtida kvantnät kunna använda stora delar av den infrastruktur som redan finns utbyggd världen över. Det skulle minska både kostnader och tekniska hinder för att införa säker kvantkommunikation i stor skala.
Forskarna ser därför tekniken som en möjlig byggsten för framtida kvantrepeaters och distribuerade kvantdatorer.
Nästa steg mot ett fungerande kvantinternet
Även om resultaten är lovande återstår flera tekniska utmaningar innan tekniken kan användas kommersiellt.
Forskarna arbetar nu vidare med att förbättra effektiviteten, minska energiförlusterna och utveckla komponenter som kan tillverkas i större skala. Målet är att skapa kvantsystem som är tillräckligt stabila för att fungera i verkliga kommunikationsnät.
Utvecklingen går snabbt och flera forskargrupper världen över arbetar med liknande lösningar. Om framstegen fortsätter kan dagens optiska fibernät i framtiden inte bara transportera internettrafik utan också kvantinformation med en säkerhet som bygger på kvantfysikens grundläggande lagar.
Publikationsuppgifter
Haitong Xu m.fl., Koherent styrning av interagerande faststoffspinn under diffraktionsgränsen, Nature Physics (2026). DOI: 10.1038/s41567-026-03319-y. På arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2508.09122
