جسر من الألماس بين الروبيديوم والألياف البصرية ✛
شعاع ضوء مرئي يدخل سحابة من مليارات ذرات الروبيديوم المبردة إلى ما يقارب الصفر المطلق، ويخرج من الجانب الآخر في نطاق الاتصالات. هكذا يبدو عمل مترجم لا يفقد معنى الجملة: الذرات تستقبل الفوتون على «لغة» 795 نانومتر وتعيد إرساله على «لغة» 1367 نانومتر، المناسبة للسفر عبر الألياف البصرية. الترجمة نفسها تستغرق أقل من ميكروثانية، لكنها هي التي تحدد ما إذا كان الإنترنت الكمومي سيعمل.
الشبكات الكمومية تربط العقد البعيدة عبر الألياف البصرية، لكن أفضل المرشحين لذاكرة كمومية، وهي الذرات، تصدر في النطاق المرئي حيث الخسائر في الزجاج هائلة. لنقل حالة كمومية عبر مسافة، يجب تحويلها إلى نطاق الاتصالات دون تدميرها. في هذا العمل، يقوم بدور المترجم سحابة باردة من الروبيديوم-87 محاصرة في مصيدة مغناطيسية بصرية. ثلاثة أشعة ليزر: شعاع اختباري بطول 795 نانومتر، وشعاع ربط بطول 780 نانومتر، وشعاع تحكم بطول 1324 نانومتر، تتقارب في السحابة حيث يولد خلط أربع موجات بنمط الألماس (عملية غير خطية تولد فيها ثلاث موجات موجة رابعة) فوتون إشارة بطول 1367 نانومتر.
سابقًا، كانت الأنظمة الذرية لتحويل التردد متخلفة في الكفاءة عن البلورات الصلبة، والرقم القياسي السابق 65% في سحابة باردة لم يكن مدعومًا ببيانات تجريبية مفصلة. الآن ثبت أن نمط الألماس في الروبيديوم البارد يعطي 66% و80% عند الكثافتين البصريتين 75 و110 على التوالي، متجاوزًا جميع النتائج الذرية السابقة. الحيلة الأساسية هي اختيار مستويات زيمان الفرعية (حالات طاقة الذرة المنشعبة بالمجال المغناطيسي) التي تشكل انتقالًا دوريًا، مما يلغي فقدان السكان ويحافظ على الترابط. تم تحسين المعاملات بالاعتماد على أطياف الشفافية المستحثة كهرومغناطيسيًا (تأثير كمومي يجعل الوسط شفافًا للشعاع الاختباري) لتهيئتين مدمجتين: النوع V والمتتالية.
هذا المترجم يمكنه اليوم أن يعمل كواجهة بين ذاكرة كمومية ذرية وخط ألياف بصرية في نماذج أولية للمكررات الكمومية. الخطوة التالية هي استبدال الحقل الاختباري المترابط الضعيف بمصدر فوتون واحد حقيقي، والتحقق المباشر من الحفاظ على النقاء الكمومي للحالة المحولة. النموذج النظري يتنبأ بأنه عند الكثافة البصرية 200 ستقترب الكفاءة من 90%. عندها ستتمكن العقد الذرية من تبادل الفوتونات في نطاق الاتصالات دون فقدان المعلومات الكمومية، وستقترب حلم الإنترنت الكمومي خطوة أخرى.
الكثافة الضوئية 110 تعني أن الضوء عند الطول الموجي الرنيني يُخفف بمقدار $e^{110}$ ≈ $10^{48}$ مرة، أي كما لو أن الشعاع مر عبر مليارات الكيلومترات من الزجاج العادي. ومع ذلك، يبلغ طول سحابة الذرات 4 مليمترات فقط.