جسر كمومي من الألماس والضوء سريع
الكمبيوتر الكمومي يشبه أوركسترا حيث يجب على كل عازف-كيوبت أن يعزف في صمت تام. لكن عندما يكون هناك العديد من هذه الأوركسترات وتريد العزف معًا، فإنها تحتاج إلى قائد-موصل موثوق. المشكلة أن الكيوبتات فائقة التوصيل تتواصل بلغة الموجات الدقيقة – وكأن عازفي الكمان يحاولون إسماع صوتهم إلى القاعة المجاورة عبر جدار خرساني. الموجات الدقيقة تخمد بسرعة في الأسلاك العادية ولا يمكنها السفر عبر الألياف البصرية.
الحل هو ترجمة "الهمس" بالموجات الدقيقة إلى لغة الضوء. لهذا نحتاج إلى محوّل – جهاز يلتقط إشارة الموجات الدقيقة ويعيد إصدارها كفوتون بصري. المحولات التقليدية تعمل مثل كشاف قوي: تضخ الكثير من الضوء في النظام لتضخيم الإشارة الضعيفة. لكن الكشاف يسخّن المسرح – الحرارة الزائدة تدمر التماسك الكمومي الهش (تناسق الحالات)، وتضطرب الأوركسترا.
يقدم مؤلفو العمل الجديد مسارًا مختلفًا. يأخذون خللًا صغيرًا في الألماس – مركز لوني منفرد (مصيدة ذرية للإلكترونات تتوهج عند تعرضها للإشعاع). يوضع هذا الخلل في مرنان بصري – جداران عاكسان يتنقل الضوء بينهما. الموجة الدقيقة تهز الإلكترون في الخلل قليلًا، وهو بدوره، بتردد يتوافق مع التجويف البصري، يصدر فوتونًا. البنية كلها تشبه الشوكة الرنانة: نَفَسات الموجات الدقيقة تجعلها تصدر صوتًا، وهذا الصوت يلتقطه الضوء.
الحيلة الأساسية هي الرنين المزدوج. المركز اللوني مرتبط بقوة في نفس الوقت بالمجال الموجي الدقيق وبالتجويف البصري. بفضل هذا، حتى الموجة الدقيقة فائقة الضعف تتحول بكفاءة إلى ضوء. تظهر الحسابات أن مثل هذا الجهاز سيتمكن من إنشاء تشابك بين كيوبتات بعيدة بتردد حوالي ألف مرة في الثانية وبدقة تتجاوز 0.9. هذا كما لو أن عازفين في قارتين مختلفتين يعزفان بشكل متزامن، يسمع كل منهما الآخر عبر مترجم مثالي.
هكذا يصبح الخلل الذري المنفرد جسرًا بين عالمين: عالم الموجات الدقيقة البارد وعالم الضوء السريع. وأخيرًا، ستتمكن أوركسترا أجهزة الكمبيوتر الكمومية بأكملها من العزف بتناغم دون أن تسخّن المسرح.
المراكز اللونية في الألماس هي تلك العيوب التي تمنح الأحجار الكريمة ألوانها الخيالية. في الألماس الأصفر يكون السبب هو النيتروجين، وفي الأزرق البورون، وفي الوردي تشوه بلاستيكي في الشبكة البلورية.