كيف تُروَّض بلورة دوّارة سريع
مئات من القمم الدوّارة تجلس على دوّارة. كل واحدة تدور حول نفسها، لكن الدوّارة بأكملها تدور أيضًا. المهمة هي لمس أي قمة وقلب محورها بينما تمر بجانبك. في العالم الكمومي، تلعب بلورة من الذرات المشحونة (الأيونات) في مصيدة بينينغ دور هذه الدوّارة — وهو جهاز تستخدم فيه الحقول الكهربائية والمغناطيسية لحصر الأيونات وإجبارها على الدوران.
كان هذا الدوران الجماعي سابقًا عائقًا: شعاع الليزر الذي يحاول التحكم في أيون فردي ببساطة لا يستطيع اللحاق به. الآن حلت مجموعة من المعهد الوطني للمعايير والتقنية (NIST) المشكلة بجعل الشعاع يتحرك بشكل متزامن مع البلورة — مثل يد تصل بدقة إلى المقعد الصحيح على الدوّارة. لا يضيء الشعاع فحسب، بل يزيح مستويات الطاقة للأيون (وهذا ما يسمى إزاحة شتارك)، مما يقلب مغزله الكمومي — وهو ما يعادل محور القمة — بزاوية محددة.
أظهرت الاختبارات أن دقة قلب المغزل بمقدار 180 درجة تصل إلى 95%، والتأثير على الأيونات المجاورة هو 2% فقط. هذا كافٍ لـ"رسم" أنماط من المغازل على البلورة. على سبيل المثال، أنشأ الفيزيائيون نسيجًا يسمى "بيسكيرميون" — وهما دوامتان من المغازل ملتفتان في اتجاهين متعاكسين، مثل دوامة مزدوجة في بحيرة مسطحة. وفي البلورات ثنائية الطبقة، تمكنوا من معالجة كل طبقة على حدة دون المساس بالأخرى.
الآن أصبحت الدوّارة ذات القمم قابلة للتحكم. لا يمكن فقط تحديد حالات ابتدائية معقدة، بل أيضًا قياس المغزل في اتجاهين في تجربة واحدة — بفضل طريقة رامزي ذات التربيع المزدوج. نظرة واحدة على الدوّارة تكشف زاوية ميل كل قمة وسرعة دورانها.
أيونات البريليوم-9 في التجربة مُبرَّدة تقريبًا إلى الصفر المطلق، لكن البلورة بأكملها تدور بسرعة حوالي 180 ألف دورة في الثانية — أسرع من محرك سيارة سباق.
في رواية غريغ إيغان "مدينة التبديلات"، تُستخدم الحالات الكمومية للجسيمات لمحاكاة الوعي — وتقنيات التحكم في المغازل هذه تقرّبنا من إنشاء مادة كمومية قابلة للبرمجة.