麻省理工学院物理学家创造了一种新形式的光子互动

麻省理工学院物理学家创造一种新的光明形式

哈佛大学的科学家们,哈佛大学和其他地方现在已经证明了光子可以进行相互作用 - 这是可以打开在Quantum Computing中使用光子的路径的成就,如果不是在光靴中。图片:Christine Daniloff / MIT

做一个快速的实验:拿两个手电筒到一个黑暗的房间里,照亮它们,让它们的光线交叉。注意到有什么异常的事吗?一个相当虎头蛇尾的答案是,可能不会。这是因为组成光的单个光子不相互作用。相反,他们只是擦肩而过,就像黑夜里冷漠的灵魂。

但是如果可以使光颗粒可以相互作用,吸引和在普通物质中的原子中相互吸引和排斥呢?一致化,尽管是SCI-FI的可能性:Light Sabers - 可以拉动和推动彼此的光束,制作令人眼花缭乱,史诗般的对抗。或者,在更可能的情况下,两个光束可以相遇并合并成一个透光的流。

这种光学行为似乎需要扭曲物理规律,但事实上,科学家们麻省理工学院,哈佛大学,其他地方现在表明,光子可以确实被互动 - 这是一个可以打开朝着使用光子的路径的成就量子计算,如果不是在光剑中。

在今天发表的论文中科学,团队由vladan velvety,莱斯特·沃尔夫队的MIT物理学教授,以及来自哈佛大学的Mikhail Lukin教授,报告说它已经观察到三个光子互动,实际上粘在一起,形成全新的光子物质。

在受控实验中,研究人员发现,当它们穿过较弱的超级铷原子云时,而不是将云作为单个,随机间隔的光子的云,相对或三胞胎结合在一起,表明某种互动 - 在这种情况下,吸引力 - 在他们中间进行。

虽然光子通常没有质量,并以每秒30万公里(光速)的速度传播,但研究人员发现,束缚光子实际上获得了电子质量的一小部分。这些新增加重量的轻粒子也相对缓慢,比正常的不相互作用光子慢10万倍。

velety表示结果表明,光子可以确实可以吸引或彼此缠结。如果可以以其他方式进行交互,则可以利用光子以执行极快,非常快,令人难以置信的量子计算。

“几十年来,个人光子的相互作用是一个很长的梦想,”胆怯说。

veletic的共同作者包括齐益梁,塞尔吉奥坎特,以及来自马里兰大学的哈佛大学,迈克尔古朗和阿列克莱·戈尔斯·戈斯赫科夫的麻省理工学院,Lukin和Aditya Venkatramani,杰夫汤普森普林斯顿大学和程青的芝加哥大学

较大,更大

Vuletic和Lukin领导着麻省理工学院-哈佛大学的超冷原子中心,他们一直在一起寻找促进光子相互作用的理论和实验方法。2013年,这一努力得到了回报,该团队首次观察到光子对相互作用并结合在一起,创造了一个全新的物质状态。

在他们的新工作中,研究人员想知道相互作用是否不仅会发生在两个光子之间,而且会发生在更多的光子之间。

“例如,您可以将氧气分子组合形成o2和O3.(臭氧),但不是o4.而对于一些分子,您甚至不能形成三种粒子分子,“胆量说。“所以这是一个开放的问题:你可以在分子中添加更多的光子来制作更大和更大的东西吗?”

要查明,团队使用了它们用于观察双光子相互作用的相同的实验方法。该过程始于将铷原子云冷却到超级燃料温度,仅百万分之一的程度绝对零度。冷却原子会使它们变速为近静止。通过这种固定原子的云,研究人员然后闪耀着非常弱的激光束 - 因此,实际上,只有少量的光子在任何时候穿过云。

然后,研究人员按照它们的另一边测量光子原子云。在新实验中,他们发现将光子流出成对和三态,而不是以随机间隔离开云,因为单个光子彼此无关。

除了跟踪光子的数量和速率,研究小组还测量了光子在穿过原子云之前和之后的相位。光子的相位表示它的振荡频率。

“相位告诉你它们相互作用的强度,相位越大,它们联系在一起的强度就越大,”Venkatramani解释道。该团队观察到,当三光子粒子同时离开原子云时,它们的相位与光子不相互作用时相比发生了变化,是双光子分子相移的三倍。“这意味着这些光子不仅仅是各自独立地相互作用,而是相互作用强烈。”

令人难忘的遭遇

然后,研究人员开发了一个假设,以解释可能导致光子首先互动的情况。根据物理原则,他们的模型提出了以下情景:作为一个光子通过铷原子云移动,它在跳过另一个原子之前短暂地落在附近的原子上,就像蜜蜂之间的蜜蜂,直到它到达另一端。

如果另一个光子同时穿过云,则它也可以花一些时间在铷原子上,形成极性阳孔 - 一种是部分光子,部分原子的杂种。然后两种极性膜可以通过原子组分彼此相互作用。在云的边缘,原子仍然在它们的位置,而光子出口仍然在一起。研究人员发现,三个光子可以发生这种相同的现象,形成比两光子之间的相互作用更强的结合。

“有趣的是这些三胞胎完全形成,”胆怯说。“与光子对相比,它也不知道它们是否同样,更少或更强烈的束缚。”

原子云内的整个互动发生在百万分之一的一百万。并且这种相互作用触发了光子以保持在一起的束缚,即使在他们离开云之后也是如此。

“关于这一点的整洁是,当光子穿过媒介时,在媒介中发生的任何事情,他们会在他们出去时'记住',”Cantu说。

这意味着相互作用的光子,在这种情况下通过相互吸引,可以被认为是强相关的,或纠缠的——这是任何量子计算位的关键属性。

“光子可以在长距离长途行进,人们一直在使用光来传输信息,例如在光纤中,”胆量表示。“如果光子可以彼此影响,那么如果您可以纠缠这些光子,我们已经完成了,您可以使用它们以有趣和有用的方式分发量子信息。”

展望未来,团队将寻找胁迫的方法,如排斥等其他相互作用,其中光子可以像台球一样彼此分散。

“这是一个完全小说的意义上,我们甚至不知道有时会定性地想要的预期,”胆怯说。“随着光子的排斥,它们可以使它们形成常规图案,就像光的晶体一样?还是会发生别的事情?这是一个非常不明的领土。“

这项研究得到了美国国家科学基金会的部分支持。

出版物:齐宇亮,等,“观察量子非线性媒质三分之二,”2018年2月16日:卷。359,第6377页,第783-786页;DOI:10.1126 / science.aao7293

8评论在“麻省​​理工学院物理学家们创造了一种新的光子互动的光形式”

  1. 某处Egon告诉彼得,不要越过溪流!

  2. 是啊,因为这就是社会现在需要的:公开携带的光剑。

  3. ......或者可能是photon鱼雷?

  4. (草稿从我的下一个卷)是乙醚中纵向压力波的结果,与物质的相互作用具有遍历组件,其留下可以在299,792,458 m / s中检测到行驶的诱导的签名,即使更多比压力梯度变化。虚幻的光子和电子只是在我们的检测仪器上只是阴影的幻觉。有波浪干扰和缀合,也可以在我们的检测装置上出现,而不是以太波力学101.关于ARTO。

  5. 我知道我不能在这里得到答案,但是可以两个(或更多)的光子在自由空间而不是原子中的相互作用而不是原子?

  6. isaiah james knight barr'e paladin|4月7日,2021年下午6:02|回复

    光线折射我为癌症设计了它,但随着人们无法从我的sh * t中取出他们的名字

  7. 它使用3 5五理论和q推导算法问我是否我错了可悲的失败者

  8. isaiah james knight barr'e paladin|2021年4月7日下午6:04|回复

    停止抄袭它让我如此恶心

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