科學家製造出全新光子分子形態

作者：Mikhail D. Lukin 來源：《自然》 發布時間：2013-9-28 11:18:50

改變了光子之間不會相互作用這一傳統觀念

據物理學家組織網9月25日報道，美國科學家攜手，在特定的媒介下，誘導光子依附在一起形成了分子，這種全新的物質形態不僅挑戰了光子之間不會相互作用這一傳統觀念，也有望用於量子計算機、傳統計算機以及其他領域。研究論文發表在9月27日出版的《自然》雜誌上。

該研究的領導者、哈佛大學物理學教授米哈依爾·盧金表示，人們一直認為，光子沒有質量，不會相互作用。但在我們製造的特定媒介中，光子之間發生了相互強烈的作用使得它們開始像擁有質量一樣，並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衝將單個光子射入原子云中。

盧金說，當光子進入原子云中，其能量會激發原子沿著其路徑行進，導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，並最終同光子離開了原子云。

但當盧金和同事將兩個光子射入雲中時，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。在這種狀態下，當一個原子被激發時，其周圍的原子不能被激發到相同的程度，這就意味著，當兩個光子進入原子云中時，第一個光子激發一個原子，但在第二個光子激發相鄰的原子之前，其必須向前移動。結果就是，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控的光子間相互作用，使兩個光子像一個分子一樣，而且，當它們退出媒介時，它們更有可能一起退出媒介。儘管這種效應並不常見，但它的確有用。」

盧金解釋稱，首先，其可用於量子計算機內。光子被認為是最可能作為量子點攜帶量子信息的粒子，但其缺陷在於光子間不會發生相互作用。最新系統表明我們可以做到這一點。不過，我們還需要改進其性能，才能製造出一套實用的量子開關或光子邏輯門。

盧金說，鑒於晶元製造商們目前面臨的功耗挑戰，這套系統甚至有望用於傳統計算機中。目前，包括IBM在內的多家大公司都在設法研發依靠光子路徑的系統，這樣的系統能將光信號轉變成電信號。另外，這樣的系統或許也能被用來製造複雜的完全由光製成的三維結構。（來源：科技日報 劉霞）