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近日，美國(guó)科學(xué)家在特定的媒介下，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(huì)相互作用這一傳統(tǒng)觀念，也有望用于量子計(jì)算機(jī)、傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)以及其他領(lǐng)域。
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(huì)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(qiáng)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，他們就對(duì)這種光子依附狀態(tài)進(jìn)行了理論探討，但迄今為止，一直沒有被觀察到。
在實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家們首先將銣原子泵入一個(gè)空腔中，接著，使用激光將原子云冷卻到絕對(duì)零度之上幾度，再用極微弱的激光脈沖將單個(gè)光子射入原子云中。
盧金說，當(dāng)光子進(jìn)入原子云中，其能量會(huì)激發(fā)原子沿著其路徑行進(jìn)，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(gè)原子傳遞到另一個(gè)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(gè)光子射入云中時(shí)，他們吃驚地看到，兩個(gè)光子就像一個(gè)分子一樣一起退出。盧金解釋道，這是因?yàn)槔锏卤し怄i效應(yīng)。在這種狀態(tài)下，當(dāng)一個(gè)原子被激發(fā)時(shí)，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(gè)光子進(jìn)入原子云中時(shí)，第一個(gè)光子激發(fā)一個(gè)原子，但在第二個(gè)光子激發(fā)相鄰的原子之前，其必須向前移動(dòng)。結(jié)果就是，兩個(gè)光子在原子云中相互推拉，同時(shí)，它們的能量也從一個(gè)原子傳遞到另一個(gè)原子。
盧金說：“這是一個(gè)由原子間相互作用調(diào)控的光子間相互作用，使兩個(gè)光子像一個(gè)分子一樣，而且，當(dāng)它們退出媒介時(shí)，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(jì)算機(jī)內(nèi)。光子被認(rèn)為是最可能作為量子點(diǎn)攜帶量子信息的粒子，但其缺陷在于光子間不會(huì)發(fā)生相互作用。最新系統(tǒng)表明我們可以做到這一點(diǎn)。不過，我們還需要改進(jìn)其性能，才能制造出一套實(shí)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(jì)算機(jī)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(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。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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