عائد

التنبؤ بمردود تفاعل كيميائي هو محاولة لتقدير المحصول الزراعي دون معرفة سوى تكوين التربة. لفترة طويلة، اعتمد الكيميائيون على أعمدة طويلة من الأرقام، تُسمى الواصفات الكمومية (quantum descriptors)، التي تصف طاقة الإلكترونات لكنها تتجاهل شكل الجزيء. ومع ذلك، قد يتصرف مركبان بخصائص رقمية شبه متطابقة بشكل مختلف لمجرد أن أحدهما ضخم كباقة زهور والآخر مسطح كورقة.

يشبه تعدين البيتكوين يانصيبًا: يجرّب المعدّنون مليارات الأرقام للعثور على رقم محظوظ واحد. الحاسوب التقليدي يفعل ذلك بشكل أعمى، مستهلكًا الكهرباء. أما الحاسوب الكمومي فيمكنه تجربة الاحتمالات بشكل أسرع — كما لو كان يبحث عن إبرة في كومة قش بهزّ الكومة كلها دفعة واحدة. في دراسة جديدة، حسب الباحثون تكلفة مثل هذا «الهزّاز» الكمومي في الواقع.

في البطاريات الكمومية، يمكن تسريع الشحن إذا أُعيد ترتيب خطواته في الزمن مثل قطع الأحجية. فبدلاً من النمو المنتظم للطاقة، تحدث انفجارات حادة في الكفاءة، مثل مستعرات عظمى مجهرية داخل الذرات. وتتكرر هذه الدفقات بدقة النجوم النابضة الكونية، لكن بمعدل أسرع بمليارات المرات.

في كاشف المادة المظلمة، يلعب الغاز دور الفيلم الفوتوغرافي: الجسيم العابر يترك أثرًا من الإلكترونات والأيونات الحرة. لكن مدى سطوع هذا الأثر يعتمد على كيفية فقدان الجسيم للطاقة في الغاز. بالنسبة للأيونات الخفيفة مثل الفلور، كانت البيانات حتى الآن غير دقيقة. قامت مجموعة من جامعة كاناغاوا ببناء غرفة خاصة تحتوي على أسلاك، مملوءة بغاز CF4 عند ضغط 0.06 ضغط جوي فقط.

في غرفة مظلمة داخل الكاشف، ينتظر الأرجون. عندما يمر عبره جسيم غير مرئي — مثل مرشح محتمل للمادة المظلمة — يدفع نواة الأرجون بدفعة خفيفة. تتحرك النواة من مكانها، وتتولد حولها شحنات. وكمية هذه الشحنات ليست سؤالًا عابرًا: فبعددها يحكم الفيزيائيون على نوع الزائر الذي مرّ. منشأة ReD هي خزان من الأرجون السائل، أُدخلت إليه نيوترونات من مصدر كاليفورنيوم. تصطدم النيوترونات بنوى الأرجون كما تصطدم كرة البلياردو بأخرى.

الرسائل العادية تُعترض، ولا يلاحظ أحد. ابتكر الفيزيائيون وسيلة لإنشاء سر مشترك يتحطم فورًا بنظرة دخيلة. بدلاً من الورق، تُستخدم جسيمات الضوء المفردة. هذا الارتباط الكمومي يستغل القانون: أي قياس يغير الجسم الكمومي. يشبه ذلك عملتين مرتبطتين ارتباطًا لا ينفصم. ترمي الأولى — والثانية، حتى على بُعد 100 كم، تسقط دائمًا على نفس الوجه.

يمكن تقطيع النبضة الضوئية إلى نوافذ زمنية قصيرة، مثلما يُقسَّم القطار إلى عربات. إذا وُلد فوتونان معًا وكانت عربتاهما مرتبطتين ارتباطًا صارمًا — وصول أحدهما إلى نافذة معينة يضمن أن الثاني وصل إلى النافذة المقابلة — فإن هذا الارتباط يُسمى تشابكًا زمنيًا. هذا التشابك لا يخشى القناة الباهتة: حتى عندما تُفقد بعض النبضات، تحتفظ الأزواج المتبقية بترابطها.

أجهزة الكمبيوتر الكمومية، لكي تعمل دون أخطاء، تعتمد على حالات خاصة تُعرف بالحالات السحرية. وهي جسيمات مساعدة بدونها تفقد الحسابات دقتها. الطريقة التقليدية للحصول على هذه الحالات كانت تشبه التقطير المتكرر للكحول: دورة بعد دورة، وتنقية بعد تنقية. كل خطوة كانت تُدخل الإنتروبيا — مقياسًا للفوضى، مثل الأعشاب الضارة التي تغزو الحديقة — وتتطلب موارد إضافية.