Nambisan, Ameya and Günzler, Simon and Rieger, Dennis and Gosling, Nicolas and Geisert, Simon and Carpentier, Victor and Zapata, Nicolas and Field, Mitchell and Milosevic, Milorad V. and Diaz Lopez, Carlos and Padurariu, Ciprian and Kubala, Björn Heiko and Ankerhold, Joachim and Wernsdorfer, Wolfgang and Spiecker, Martin and Pop, Ioan M. (2026) Quantum Coherence in Superconducting Vortex States. Nature (653), pp. 63-67. Nature Publishing Group. doi: 10.1038/s41586-026-10441-7. ISSN 0028-0836.
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Official URL: https://www.nature.com/articles/s41586-026-10441-7
Abstract
A defining characteristic of superconductors is their tendency to expel magnetic fields, yet above a critical threshold, magnetic flux penetrates in discrete quanta carried by Abrikosov vortices. The superconducting gap is completely suppressed at the vortex core, rendering them dissipative, semi-classical entities that impact applications from high-current-density wires to quantum devices. Material disorder can drive a crossover to vortices that preserve an energy gap at the core, owing to intrinsic or emergent granularity on the scale of the coherence length. Although quantum vortex behaviour could emerge in this effective tunnel-junction regime, and signatures have been observed in diverse systems, coherent manipulation of vortex states has remained elusive. Here we present evidence that vortices trapped in granular superconducting films can behave as two-level systems, exhibiting microsecond-range quantum coherence and energy relaxation times that reach fractions of a millisecond. Using the tools of circuit quantum electrodynamics, we perform coherent manipulation and quantum non-demolition readout of vortex states in granular aluminium microwave resonators, heralding future directions for quantum information processing, materials characterization and sensing.
| Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/222320/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Title: | Quantum Coherence in Superconducting Vortex States | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Authors: |
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| Date: | 6 May 2026 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Journal or Publication Title: | Nature | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gold Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DOI: | 10.1038/s41586-026-10441-7 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Page Range: | pp. 63-67 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Publisher: | Nature Publishing Group | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ISSN: | 0028-0836 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Keywords: | Magnetic properties and materials Quantum information Qubits Single photons and quantum effects Superconducting properties and materials | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Research field: | Aeronautics, Space and Transport | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program: | Space | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program Themes: | Communication, Navigation, Quantum Technology | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research area: | Raumfahrt | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Program: | R KNQ - Communication, Navigation, Quantum Technology | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research theme (Project): | R - Quantum computing hardware concepts, R - Potential of synthetic aperture quantum radars | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Location: | Ulm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Institutes and Institutions: | Institute of Quantum Technologies > Theoretical Quantum Physics | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited By: | Kubala, Björn Heiko | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited On: | 11 May 2026 10:13 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Last Modified: | 11 May 2026 10:13 |
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