电子的自旋是自然界完美的量子比特，能够将信息存储的范围扩展到“一”或“零”之外。利用电子的自旋自由度(可能的自旋态)是量子信息科学的中心目标。

劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)研究人员约瑟夫·奥伦斯坦、孙悦、姚杰和孟方浩的最新进展表明，磁振子波包(电子自旋的集体激发)在一类量子信息中远距离传输的潜力。称为反铁磁体的材料。

他们的工作颠覆了关于这种激发如何在反铁磁体中传播的传统理解。即将到来的量子技术时代(计算机、传感器和其他设备)依赖于远距离保真度传输量子信息。

奥伦斯坦和同事希望通过在《自然物理学》上发表的一篇论文报道他们的发现，能够向这些目标更近一步。他们的研究是伯克利实验室更广泛努力的一部分，通过从理论到应用的整个量子研究生态系统的工作，制造和测试基于量子的设备以及开发软件和算法来推进量子信息。

电子自旋导致材料具有磁性，可以将其视为微小的条形磁铁。当相邻自旋以交替方向定向时，结果是反铁磁有序，并且这种排列不产生净磁化。

为了了解磁振子波包如何穿过反铁磁材料，奥伦斯坦的研究小组使用成对的激光脉冲扰乱一个地方的反铁磁秩序，同时探测另一个地方，产生其传播的快照。这些图像显示，磁振子波包向各个方向传播，就像掉落的卵石在池塘上激起的涟漪一样。

伯克利实验室团队还表明，反铁磁体CrSBr(硫化铬溴化物)中的磁振子波包的传播速度比现有模型预测的更快，距离也更长。该模型假设每个电子自旋仅与其邻居耦合。打个比方，一个球体系统通过弹簧与邻近的球体相连。将一个球体从其首选位置移动会产生一波随时间传播的位移波。

令人惊讶的是，这种相互作用预测的传播速度比团队实际观察到的要慢几个数量级。

“然而，回想一下，每个旋转电子就像一个微小的条形磁铁。如果我们想象用代表旋转电子的微小条形磁铁代替球体，情况就会完全改变，”奥伦斯坦说。“现在，每个条形磁铁不再是局部相互作用，而是通过相同的远程相互作用将冰箱磁铁拉到冰箱门上，从而与整个系统中的每个其他磁铁耦合。”