양자컴퓨팅에서의 몇 개의 뚜렷한 장애를 뛰어넘기 위해서, 하바드대학의 물리학자들은 다이아몬드격자구조안에 있는  질량이 13인 각각의 탄소는 안정적 양자 역학 메모리와 양자 레지스터로 불리는 소규모의 양자 프로세서를 만들기 위해 대단히 정밀하게 조작되어져야 한다는 것과 실온에서 동작되어야 한다는 것을 발견했다. 이러한 발견은 양자정보시스템의 미래기술을 일상적인 조건하에서의 견고한 상태의 재질로의 영역으로 가져가고 있다.

이주에 사이언스지에서 묘사된 양자역학의 심오한 기발함속에서 만들어지고 있고 다가오는 날에 특정과제를 해결하는 데 있어서 재래슈퍼컴퓨터보다 훨씬 뛰어난 성능을 발휘할 것이라는  양자컴퓨팅에 관한 과학자들의 접근결과가  혁명을 일으킬 수 있다.
“이 실험이 양자정보시스템의 새로운 접근방식의 발전을 위한 토대를 세우는 것이라고” 믹하일 D. 루킨 하버드  예술과 과학교수단의 물리학교수가 말했다.

양자컴퓨팅에서의 이른 진보는 절대0도를 몇분의 1도이상 증가하지 않게 머물도록 차갑게 만든 높은 진공안에서 발생했다. 개개의 양자비트,또는 큐빗(번역자주:일반 비트가 0혹은 1의 정보를 가지는 것과 달리 0과1의 정보를 모두 가지게 되는 저장단위,만약 큐빗이 2개가 있다면 00,01,10,11과 같이 4개의 정보를 파동정보로 읽어낼 수 있게 된다.만약 32큐빗컴퓨터를 만든다면 이 컴퓨터의 저장공간은 오직 32개만 존재하게 된다.일반 32비트 컴퓨터가 엄청난 양의 기억장소를 필요로 하는 것에 비해 매우 적은 저장공간이 필요할 뿐이며 계산결과를 읽어들이기만 하면 되는 원리다.예를 들어 2의 제곱근 값을 알려면 일반컴퓨터 상에서는 한번의 연산을 하여 2의 제곱근에 해당되는 단 하나의 값을 알 수 있지만 양자컴퓨터상에서는 자리수에 해당되는 모든 제곱근값을 한번에 구할 수 있다. 즉 세자리에 해당되는 큐빗이 있다면 모든 세자리상의 제곱근값을 한번에 구하게 된다 -양자컴퓨터의 기본구조,정보를 부호화 상용컴퓨터비트가 0과 1로 정보를 저장하는 것과 같은-이 극단적으로 불안정하다. 항상 그들은 매우 빠르게 소멸되며,큐빗이  위에서 설명한 조건에 부합되는 높은 진공상태에 있지 않는다면 몇분의 1초사이에 양자정보를 잃는다.  이런 짧은 “시간통일”이  양자컴퓨팅의 발전에 주요 장애요인이었다.

양자역학은 통일성이 파괴되고 가상적인 어떤것과 접촉함으로서-양자정보를 잃는 것--그것은 왜 양자컴퓨팅에서의 이전의 시도가 그런 극단적인 환경에서 발생시킨 것을 설명한다.
절대적 고립에 대한 이러한 필요가 10년이상의 기간동안 과학자들을 애타게 해왔고,뿐만 아니라 왜 실험적으로 결과를 성취하는 것이 어려운지를 알려준다-실제적인 컴퓨터상에서를 말하는 것이 아니다--그것이 양자컴퓨터의 입력이나 출력을 읽게 하는 조작의 가능성을 복잡하게 하였기 때문이다.

새로운 진보는 양자비트를 부호화하기 위해서  기본 나노미터이하의 세계에서의 기본골격구조인  원자핵들의 스핀속성을 이용한다, 마치 작은 자석이 동작하는 것처럼 , 그런 핵회전이 예외적으로 안정성이 있다고 알려져 왔다. 그러나 실제로 그들 주변-그들 가까이로부터 완벽히 고립되기 위한 절대적인 이유-과 함께 있는 원자핵 스핀의 아주 약한 상호작용이 의미하는 것은 각각의 원자핵을 주소화하고 조작하는 것은  본질적으로 불가능하고,아직 그들 사이를 서로 상호작용시키는 것은 어렵기 때문이다.예를 들면,상용 MRI장치에서 ,스핀하는 핵으로부터 신호를 감지하는 작업을 위해서 엄청난 양의 수십억개의 원자핵들을 필요로 한다.  

“문제는, 무엇이 한개의 핵스핀을 안정적으로 만들고-주변환경과 결합된 약한 상호작용--또 그것을 직접 조작하는 것을 방지하게 할 수 있는가이다”라고 루킨은 말한다.
“어떻게 어떤 것 하고도 서로 작용할 수 없는 어떤 것을 조작할 수 있냐는 것이다”
당신은 그것을 신중하게 그리고 간접적으로 작업을 해야하며, 하바드 물리학자는 사이언스지에 알렸다. 그들은 핵스핀이 질량13탄소원자 한개-자연산 다이아몬드의 1.1%를 구성하는- 와 연결된 것을 알아냈다. 그리고 그 탄소원자는 스핀이 광학과 마이크로파 방열로 조절되는 한개의 전자를 통해  조작되어 질수 있다는 것을 알아냈다.  레이저광선을 질소의 빈공간 중앙에 집중함으로서  전자의 남은 진동, 다이아몬드 격자구조상에서의 안정성부족을  질소가 탄소원자를 대치하고 그라운드 상태의 전자스핀을 발달시킴으로서 단일 전자스핀이 특별한 공간적 정밀함을 가지고 아주 예민한 막대자석처럼 동작하게 한다.

매개체로서 질소중앙을 이용하여,단일개의 질량13탄소원자의 핵스핀을 절대온도0도로 차게하고 ,초단위로 접근되는 통일시간을 가지고 고립된 양자비트를  이러한 과정으로 만든다. 전자와 핵스핀사이의 조작되어진 상호작용은 후자가 매우 신뢰성있는 양자 메모리로서 사용되어지게 한다.
하바드 물리학자들은 또한 각각의 원자핵들이 쌍지워지는 것을 관찰하고 조작했다,그리하여 양자레지스터상에서 동작되는 큐빗의 수를 증가시키는 방법을 시험했다. 왜냐하면 전자스핀과 핵스핀이 독립적으로 조작되어지기 때문이다, 이런 실험들은 양자레지스터가 광양자로서 연결된 더 크고 규모화된 시스템의 발전을 위한 토대가 된다.
“양자정보과학에서의 특정한 기능을 넘어야 한다”라고 저자는 썼다. “우리의 측정결과는 전자스핀이 예민한 개별자석으로 사용되어질 수 있고 개개의 원자핵스핀의 뚜렷한 제어를 가능하게 한다는 것을 보여준다”

하바드 대학교