銣的電子能級示意圖。其中兩個能級間隙分別與光學光子和微波光子的頻率相符。激光被用來迫使電子跳到更高的層次或降到更低的層次。
解決方案是將量子信息轉(zhuǎn)移到更高頻率的光子上，稱為光學光子，它對環(huán)境噪聲的抵抗力要強得多。但信息不能直接從光子轉(zhuǎn)移到光子；相反，我們需要中間物質(zhì)。一些實驗為此目的設(shè)計了固態(tài)設(shè)備，但庫馬爾的實驗瞄準了更基本的東西：原子。
原子中的電子只允許擁有某些特定的能量，稱為能級。如果一個電子處于一個較低的能級，它可以被激發(fā)到一個較高的能級，方法是用一個能量正好與較高和較低能級之間的差異相匹配的光子擊中它。同樣地，當一個電子被迫降到一個較低的能級時，原子就會發(fā)射出一個能量與能級之間的能量差相匹配的光子。
銣原子恰好有兩個空隙，庫馬爾的技術(shù)利用了這兩個空隙：一個正好等于微波光子的能量，另一個正好等于光子的能量。通過使用激光使原子的電子能量上下移動，該技術(shù)允許原子吸收帶有量子信息的微波光子，然后發(fā)射帶有該量子信息的光學光子。這種不同模式的量子信息之間的轉(zhuǎn)換被稱為"轉(zhuǎn)導"。
有效地將原子用于這一目的是由于科學家們在操縱這種小物體方面取得的重大進展而成為可能。庫馬爾說："在過去的20或30年里，我們作為一個群體已經(jīng)建立了卓越的技術(shù)，使我們能夠控制關(guān)于原子的一切，所以實驗是非?？煽睾陀行У摹?
他說，他們成功的另一個秘密是該領(lǐng)域在腔體量子電動力學方面的進展，在那里，一個光子被困于一個超導反射室。迫使光子在一個封閉的空間里反彈，超導腔加強了光子和放在里面的任何物質(zhì)之間的相互作用。
他們的腔體看起來不是很封閉，事實上，它更像一塊瑞士奶酪。但看起來像洞的地方實際上是以非常特殊的幾何形狀相交的隧道，因此光子或原子可以被困在一個交叉點上。這是一個聰明的設(shè)計，也允許研究人員進入腔室，以便他們能夠注入原子和光子。
該技術(shù)可以雙向工作：它可以將量子信息從微波光子轉(zhuǎn)移到光學光子，反之亦然。因此，它可以在兩個超導量子計算機之間的長距離連接的任何一側(cè)，并作為量子互聯(lián)網(wǎng)的基本構(gòu)件。
但庫馬爾認為，這項技術(shù)的應(yīng)用可能比量子網(wǎng)絡(luò)多得多。它的核心能力是強糾纏原子和光子--這是整個領(lǐng)域中許多不同的量子技術(shù)中必不可少的，也是困難的任務(wù)。
他說："我們真正感到興奮的事情之一是這個平臺能夠產(chǎn)生真正有效的糾纏，糾纏是我們關(guān)心的幾乎所有量子的核心，從計算到模擬到計量學和原子鐘。我很高興看到我們還能做什么。"
