科學(xué)家創(chuàng)造新固體光形式
北京時(shí)間9月29日消息，英國(guó)每日郵報(bào)報(bào)道，近日科學(xué)家意外發(fā)現(xiàn)了一種完全新的物質(zhì)形式，它的工作方式與電影《星球大戰(zhàn)》里的光劍相類似。
一組物理學(xué)家正在研究光子并試圖將這些粒子結(jié)合形成分子。據(jù)他們表示，這種分子的特性類似于光劍，主要是通過(guò)移動(dòng)固體里的光粒子，這與任何已知的物質(zhì)都不相似。這項(xiàng)結(jié)果是由美國(guó)哈佛大學(xué)物理學(xué)教授米哈伊爾·盧金（Mikhail Lukin）和麻省理工學(xué)院的物理學(xué)家教授弗拉丹·盧勒狄克（Vladan Vuletic）教授發(fā)現(xiàn)的，他們當(dāng)時(shí)正視圖沖擊光子穿透銣原子云。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)被發(fā)表在期刊《自然》上。
隨著光子進(jìn)入電子云，盧金說(shuō)道，它的能量激活了沿途的原子，導(dǎo)致光子的速度驟降。隨著光子繼續(xù)穿透電子云，能量在不同原子間切換，最終與光子一起離開(kāi)電子云。“這與玻璃杯里光折射是相同的效應(yīng)。”盧金解釋道。“當(dāng)光進(jìn)入水里，它將部分能量傳遞給媒介，在水里光和物質(zhì)結(jié)合在一起，但當(dāng)前者離開(kāi)時(shí)，它仍然還是光。”
“而現(xiàn)在這個(gè)過(guò)程非常相似但更加極端——光速被極大的減慢，大量能量在折射過(guò)程中丟失。”當(dāng)科學(xué)家同時(shí)發(fā)送一個(gè)以上光子時(shí)，他們注意到粒子會(huì)堆積在一起形成分子。
哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院的科學(xué)家聲稱他們創(chuàng)造的物質(zhì)是目前為止純粹理論上存在的，且它與幾十年來(lái)普遍接受的有關(guān)光的本質(zhì)背道而馳。光子被描述為無(wú)質(zhì)量的粒子，它不會(huì)相互發(fā)生作用。將兩束激光束相互照射，它們只會(huì)單純的經(jīng)過(guò)彼此。“光分子的特性并不像傳統(tǒng)的激光，而是更類似于光劍。將它與光劍相比擬并不是特別恰當(dāng)，”盧金說(shuō)道。“當(dāng)這些光子相互作用，它們會(huì)彼此推擠并偏移。這些分子之間產(chǎn)生的物理學(xué)更類似于我們?cè)陔娪袄锼吹降摹?rdquo;
事實(shí)上，科學(xué)家所目擊的這種現(xiàn)象是名為“里德伯封鎖”(Rydberg blockade)的效應(yīng)。這種效應(yīng)描述了被（例如，路經(jīng)的光子）激活的原子的臨近原子并不會(huì)被激活到與最初原子相同的程度。實(shí)際上，這種效應(yīng)意味著當(dāng)兩個(gè)光子進(jìn)入原子云里，第一個(gè)光子會(huì)激活原子，但在第二個(gè)原子能夠激活臨近原子之前它就已經(jīng)向前繼續(xù)移動(dòng)。產(chǎn)生的結(jié)果便是兩個(gè)原子互相推拉穿過(guò)整個(gè)電子云，它們的能量從一個(gè)原子傳遞到下一個(gè)。
雖然這種效應(yīng)非常罕見(jiàn)，但它的確存在某些實(shí)際應(yīng)用。“它或可能有助于我們現(xiàn)在進(jìn)行的研究，成為攜帶量子信息最可能的方式。”盧金說(shuō)道。“盡管唯一的不利條件是光子之間并不會(huì)發(fā)生相互作用。”為了建造量子計(jì)算機(jī)，研究人員需要建立一個(gè)能夠保存量子信息的系統(tǒng)，并利用量子邏輯運(yùn)算處理這些信息。
然而，目前面臨的挑戰(zhàn)是，量子邏輯需要單個(gè)量子之間的相互作用，使得量子系統(tǒng)能夠相互切換進(jìn)行信息處理。“我們演示的這個(gè)過(guò)程證明我們是能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的。”盧金說(shuō)道。“在我們進(jìn)行有用、實(shí)際的量子轉(zhuǎn)換或者光激性邏輯門(mén)之前，我們必須提高性能，目前仍處于概念驗(yàn)證階段，但這是非常重要的一步。”
這一系統(tǒng)甚至可以用于經(jīng)典計(jì)算，盧金說(shuō)道，尤其是考慮到芯片制造商面臨的功率損耗問(wèn)題。不少公司正在試圖研發(fā)依靠光學(xué)路由器的系統(tǒng)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然而這些系統(tǒng)也面臨自身的障礙。盧金認(rèn)為這些系統(tǒng)有朝一日或可純粹利用光創(chuàng)造復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，例如晶體。“它們具體的應(yīng)用目前我們還不清楚，但這是一種新的物質(zhì)形態(tài)，因此我們希望隨著不斷調(diào)查這些光分子的特性，新的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)逐漸出現(xiàn)。”