محرك كمومي يدور من تلقاء نفسه سريع
يدير السائق عجلة القيادة لتنعطف السيارة. في العالم الكمومي أيضًا توجد «عجلات قيادة» — معاملات خارجية تُغيَّر ببطء لنقل الجسيمات من مكان إلى آخر. هكذا يعمل مضخة ثاوليس: بتغيير الظروف ببطء، يمكن نقل عدد محدد بدقة من الجسيمات، وهذا العدد محمي من الاضطرابات بهندسة العملية نفسها. ولكن ماذا لو أزلنا السائق وتركنا النظام يدير عجلته بنفسه؟
اقترح مؤلفو العمل الجديد هذا بالضبط. أخذوا سلسلة من الذرات تتحرك عبرها الإلكترونات، وأضافوا إليها لفًّا مغزليًا كموميًا — مغناطيسًا صغيرًا موضوعًا في مجال ثابت. يبدأ اللف المغزلي في البدارية (precession)، مثل قمة دوارة يصف محورها مخروطًا. هذا الدوران يمر بالدورة اللازمة من تلقاء نفسه، ليحل محل التحكم الخارجي. والنتيجة مضخة كمومية مستقلة: لا أحد يحرك الروافع، ومع ذلك تنتقل الجسيمات.
ليس كل شيء يسير بسلاسة. الإلكترونات، أثناء مرورها عبر السلسلة، تشعر باللف المغزلي وقد تدفعه، مما يخل بإيقاعه. في بعض الحالات، يدمر هذا الارتداد النقل — كما لو أن الركاب يمسكون بعجلة القيادة ويعيقون السائق. لكن الباحثين اكتشفوا عتبة: إذا كان المجال المغناطيسي قويًا بما يكفي، يصبح اللف المغزلي «عنيدًا» ولا ينحرف. فوق هذه العتبة، يُستعاد النقل ويكتسب مرة أخرى الحماية الطوبولوجية — تلك التي تجعله غير حساس للاضطرابات الصغيرة.
فكرة المحرك الكمومي المستقل تفتح الطريق أمام أجهزة تعمل دون إلكترونيات خارجية معقدة، معتمدة فقط على الخصائص الكمومية الداخلية. ربما في المستقبل، ستصبح هذه المضخات جزءًا من الحواسيب الكمومية أو أجهزة الاستشعار فائقة الدقة.
سُميت مضخة ثاوليس على اسم ديفيد ثاوليس، الذي أظهر في عام 1983 أنه مع تغيير بطيء لمعاملات النظام، يمكن نقل عدد صحيح من الشحنة — وهذا العدد لا يتغير مع تشوهات صغيرة في الدورة.
في رواية «الوردة والدودة» لروبرت إيباتولين، تُوصف آليات كمومية تعمل على دورات داخلية دون تدخل خارجي — تقريبًا مثل المضخة المستقلة المقترحة.