哈佛和麻省理工学院科学家创造了从未见过的物质形式

具有强量子非线性介质的强互吸引的光子。

通过将光子结合在一起形成分子，来自哈佛大学和麻省理工学院的科学家创造了一种从未见过的物质形式。

哈佛和麻省理工学院科学家们挑战了关于光明的传统智慧，而且他们不需要去一个银河系，远处才能做到这一点。

由Harvard-Mit Center的同事与Harvard Miticalics Mikhail Lukin教授Mikhail Lukin和Mit Mitics Vladan教授一起工作，vladan velety已经设法将光子联合在一起，形成分子 - 一种情况，直到最近，纯粹是理论。这项工作是在9月25日本质上描述的。

发现，Lukin说，符合几十年的接受智慧，了解光的性质。他说，光子长期以来一直被描述为无麻的颗粒 - 他说，彼此相互相互作用，并且它们只是通过彼此传递。

“光子分子，”然而，表现不像传统激光器一样，更像是你在科幻小说中找到的东西 - 轻型军刀。

“我们所知道的大部分光的属性来自光子是大量的事实，而且它们不会互相互动，”Lukin说。“我们所做的事情是创建一种特殊类型的介质，其中光子如此强烈地相互作用，以至于它们开始行动，好像它们具有质量，它们一起结合形成分子。这种类型的光子界定状态已经理论上已经讨论了很长一段时间，但直到现在尚未观察到。

“将此与灯开工刀相比，这不是一个类别的类比，”Lukin补充道。“当这些光子彼此相互作用时，它们互相推动并偏转。这些分子发生的物理学类似于我们在电影中看到的内容。“

为了获得常用的光子，彼此结合，包括哈佛大学博士博士博士博士博士博士博士，前哈佛博士生亚历克莱霍夫和麻省理工学院毕业生Thibault Peyronel和秋良，不能依赖于力量的东西 - 他们转向一套更极端的条件。

研究人员开始将铷原子泵入真空室，然后使用激光将原子云冷却至仅在绝对零以上的几度。使用极其弱的激光脉冲，然后将单个光子烧成原子云。

由于光子进入寒冷原子云，Lukin表示，其能量沿其路径激发原子，使光子急剧慢。当光子移动通过云时，从原子传递到原子，并且最终与光子退出云。

“当光子离开介质时，保留其身份，”Lukin说。“它对水上玻璃中光的折射相同。光进入水，它向介质中的一部分能量脱离，并且在它的内部作为光和物质耦合在一起，但是当它出口时，它仍然是光。发生的过程是相同的，它只是一个更极端的东西 - 光线被大幅放慢速度，并且更多的能量被释放在折射期间。“

当Lukin和同事们进入云中的两个光子时，他们惊讶地看到它们一起出口，作为单一分子。

它们形成从未出现的分子的原因？

Lukin说，一种称为Rydberg封锁的效果，说明了当原子兴奋时，附近的原子不能兴奋到相同程度。在实践中，效果意味着当两个光子进入原子云时，第一激发原子，但必须在第二光子可以激发附近的原子之前向前移动。

他说，结果是，两者的光子通过云推动并彼此拉动，因为它们的能量从一个原子从一个原子输出到下一个原子。

“这是一种由原子相互作用介导的光子相互作用，”Lukin说。“这使得这两个光子表现得像分子，当它们离开介质时，它们比单个光子更容易这样做。”

虽然效果不寻常，但它也有一些实用的应用。

“我们这样做是为了好玩，因为我们正在推动科学边界，”Lukin说。“但它进入我们所做的更大的照片，因为光子仍然是携带量子信息的最佳方法。然而，障碍是光子不互相互动。“

为了构建量子计算机，他解释说，研究人员需要构建一个可以保护量子信息的系统，并使用量子逻辑操作来处理它。然而，挑战是量子逻辑需要inpidual Quanta之间的相互作用，使得可以切换量子系统以执行信息处理。

“我们用这个过程证明了什么让我们这样做，”Lukin说。“在我们制作有用，实用的量子开关或光子逻辑门之前，我们必须提高性能，因此它仍处于概念验证级别，但这是一个重要的一步。我们在这里建立的物理原则很重要。“

Lukin表示，该系统甚至可以在古典计算中有用，考虑到挑战芯片制造商现在面临的挑战。许多公司 - 包括IBM - 已致力于开发依赖将光信号转换为电信号的光学路由器的系统，但这些系统面临着自己的障碍。

Lukin还建议系统可能有一天甚至可以用于创造复杂的三维结构 - 如晶体 - 完全从光外脱离。

“对于我们还不知道，它是有用的，但这是一种新的事情，所以我们希望新的应用程序可能会出现，因为我们继续调查这些光子分子的属性，”他说。

出版物：Firstenberg等人，“Quantum非线性介质中的”有吸引力的光子“，”自然，2013; DOI：10.1038 / Nature12512

图像：Firstenberg等人; DOI：10.1038 / Nature12512