美國勞倫斯伯克利國家實驗室和加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家在《物理評論快報》雜志撰文指出，他們設(shè)計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探針原子(位于同一個或不同晶格內(nèi))吸收，從而形成一種簡單的信息交換。
領(lǐng)導(dǎo)這項研究的伯克利實驗室材料科學(xué)分部負(fù)責(zé)人張翔(音譯)說：“對單個光子釋放的增強(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，光子并不會像在傳統(tǒng)材料內(nèi)那樣損失能量，克服了實現(xiàn)量子計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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