美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家在《物理評(píng)論快報(bào)》雜志撰文指出，他們?cè)O(shè)計(jì)出了一種擁有自然界中沒有的新奇屬性的“量子超材料”, 它由光組成的人造晶體及被捕獲的超冷原子構(gòu)成，在很多方面與晶體類似，但結(jié)構(gòu)更“完美”，沒有天然材料內(nèi)常見的瑕疵。
研究人員表示，他們或能精準(zhǔn)定位此種光晶體內(nèi)“探針”原子的位置，并使用另一種激光（近紅外線）來調(diào)諧其行為，從而使原子以光子的形式按需釋放出能量；反過來，這一原子能被另一個(gè)探針原子（位于同一個(gè)或不同晶格內(nèi)）吸收，從而形成一種簡(jiǎn)單的信息交換。
領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的伯克利實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)分部負(fù)責(zé)人張翔（音譯）說：“對(duì)單個(gè)光子釋放的增強(qiáng)和超快速控制是量子技術(shù)，尤其是量子信息處理的核心，以前的方案只能做到其中一點(diǎn)，而我們的方案可同時(shí)兼顧。” 論文主要作者潘卡季·嘉哈說：“新方法使我們能控制光子釋放的速度，因此，能以光學(xué)方式更快捷高效地處理和傳輸信息。”
最新方案有望將探針原子釋放光子的速度從納秒（一秒的十億分之一）加速到皮秒（一秒的萬億分之一），更重要的是，這一過程是“無損的”，這意味著，光子并不會(huì)像在傳統(tǒng)材料內(nèi)那樣損失能量，克服了實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算和信息處理面臨的障礙之一。能快速釋放光子并在原子間低損耗地傳輸光子是量子計(jì)算中信息處理至關(guān)重要的一步。
研究人員發(fā)現(xiàn)，銣原子非常適合這一研究，但鋇、鈣和銫原子也能被植入人造晶體內(nèi)。盡管得到的人造晶體是一維的，但或許也能用此方法制造出二維、三維量子超材料晶體結(jié)構(gòu)。
嘉哈強(qiáng)調(diào)稱，最新研究將“超冷原子”同超材料研究結(jié)合在一起，“這種聯(lián)姻解決了超材料平臺(tái)面臨的一些重大挑戰(zhàn)。”張翔則表示：“最新研究有望為量子光與超材料交互開辟新領(lǐng)域。”
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