讓光速變成幾米每秒！科學家從雷射束中減去單個量子光

在奧爾赫斯大學和南丹麥大學的合作中，研究人員發現了一種從雷射束中減去單個量子光的方法。這項工作最近發表在《實體評論快報》上。該方法為未來的量子通信和計算技術應用奠定了基礎。光是由微小的不可分割的能量包組成的，也就是所謂的光子。光子的一個定義性質是它們是不互相作用的，隻是簡單地互相傳遞，完全不受影響。在量子通信的背景下，這是一個非常有用的特性，因為它最終能夠在非常大的距離上實作低損耗的光學編碼資料傳輸。

然而，許多新興的量子資訊處理思想将極大地受益于使兩個光子互相作用的能力，進而影響到另一個光子的傳播或狀态。近年來，超舊的原子氣體被證明是操縱光的理想媒體。例如使用一種被稱為電磁誘導透明的技術，研究人員可以極大地改變光傳播的速度，使光速度減慢到驚人的慢速幾米每秒。更重要的是，光可以通過将光子轉換成媒體中的原子激發而停止。通過逆轉這個過程，并将激發态映射回光子，這一過程實作了光子量子存儲器，光子可以根據需要暫時存儲和擷取。

歐登塞的實驗團隊和來自奧爾豪斯大學的團隊以及來自馬裡蘭大學聯合量子研究所的合作夥伴一起，實作了這樣一種光子記憶，但有一種特殊形式的原子氣體，其中的組成原子具有很強的互相作用。這有效地使光子在量子存儲器中互相探測，進而使研究人員能夠在一個非線性的水準上操縱光。利用這一想法，小組設計并示範了一種新穎的方法，利用另一束光從光束中減去單個光子。一般的想法是先存儲一個光場，然後再通過媒體傳送另一個光場。

在第二束光子中，光子探測到存儲的光子，并以這樣一種方式與它們進行互動，這樣單個光子就會被标記，然後在檢索時被丢棄。由于被剝奪了一個單一的光子，原來的光束被留在一個特殊的量子态中，它本身有許多科學和技術應用。實際上，利用這種非線性量子存儲器來操縱光子的基本思想對量子資訊科學中的許多應用都是有希望的。在這種能力變得完全實用之前，還需要進行更多的研究，但示範的光子子拖拉機是基于互相作用的光子的量子技術的一個重要裡程碑。

原文釋出時間為：2018.05.09

本文作者：博科園

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