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科學(xué)家利用激光冷卻制造出全新光子分子態(tài)

星之球科技 來源:科技日報2013-10-04 我要評論(0 )   

美國科學(xué)家攜手,在特定的媒介下,誘導(dǎo)光子依附在一起形成了分子,這種全新的物質(zhì)形態(tài)不僅挑戰(zhàn)了光子之間不會相互作用這一傳統(tǒng)觀念,也有望用于量子計算機、傳統(tǒng)計算機...

       美國科學(xué)家攜手,在特定的媒介下,誘導(dǎo)光子依附在一起形成了分子,這種全新的物質(zhì)形態(tài)不僅挑戰(zhàn)了光子之間不會相互作用這一傳統(tǒng)觀念,也有望用于量子計算機、傳統(tǒng)計算機以及其他領(lǐng)域。研究論文發(fā)表在今天出版的《自然》雜志上。

 

  該研究的領(lǐng)導(dǎo)者、哈佛大學(xué)物理學(xué)教授米哈依爾·盧金表示,人們一直認(rèn)為,光子沒有質(zhì)量,不會相互作用。但在我們制造的特定媒介中,光子之間發(fā)生了相互強烈的作用使得它們開始像擁有質(zhì)量一樣,并依附在一起形成了分子。很久以前,我們就對這種光子依附狀態(tài)進行了理論探討,但迄今為止,一直沒有被觀察到。

 

  在實驗中,科學(xué)家們首先將銣原子泵入一個空腔中,接著,使用激光將原子云冷卻到絕對零度之上幾度,再用極微弱的激光脈沖將單個光子射入原子云中。

 

  盧金說,當(dāng)光子進入原子云中,其能量會激發(fā)原子沿著其路徑行進,導(dǎo)致光子的速度急速下降。隨著光子通過原子云,其能量也從一個原子傳遞到另一個原子,并最終同光子離開了原子云。

 

  但當(dāng)盧金和同事將兩個光子射入云中時,他們吃驚地看到,兩個光子就像一個分子一樣一起退出。盧金解釋道,這是因為里德堡封鎖效應(yīng)。在這種狀態(tài)下,當(dāng)一個原子被激發(fā)時,其周圍的原子不能被激發(fā)到相同的程度,這就意味著,當(dāng)兩個光子進入原子云中時,第一個光子激發(fā)一個原子,但在第二個光子激發(fā)相鄰的原子之前,其必須向前移動。結(jié)果就是,兩個光子在原子云中相互推拉,同時,它們的能量也從一個原子傳遞到另一個原子。

 

  盧金說:“這是一個由原子間相互作用調(diào)控的光子間相互作用,使兩個光子像一個分子一樣,而且,當(dāng)它們退出媒介時,它們更有可能一起退出媒介。盡管這種效應(yīng)并不常見,但它的確有用。”

 

  盧金解釋稱,首先,其可用于量子計算機內(nèi)。光子被認(rèn)為是最可能作為量子點攜帶量子信息的粒子,但其缺陷在于光子間不會發(fā)生相互作用。最新系統(tǒng)表明我們可以做到這一點。不過,我們還需要改進其性能,才能制造出一套實用的量子開關(guān)或光子邏輯門。

 

  盧金說,鑒于芯片制造商們目前面臨的功耗挑戰(zhàn),這套系統(tǒng)甚至有望用于傳統(tǒng)計算機中。目前,包括IBM在內(nèi)的多家大公司都在設(shè)法研發(fā)依靠光子路徑的系統(tǒng),這樣的系統(tǒng)能將光信號轉(zhuǎn)變成電信號。另外,這樣的系統(tǒng)或許也能被用來制造復(fù)雜的完全由光制成的三維結(jié)構(gòu)。

 

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