光子是真正的超级英雄,它们不仅在宇宙中传播速度最快,而且现在既可变色也可变形。这项进展使超快量子计算机的梦想又近了一步。
光子是电磁能量波,具有不同的波长或颜色。这种波的模式也有各不相同的形状,转换部分取决于它们如何产生。例如,激光所产生的光子波长类似钟形曲线,而原子在一个电子失去能量时自发发出的光子,有一个迅速上升的峰值,而尾线是慢慢下降。这些形状可以影响光子在碰撞中的相互作用。
光子通常会保持它们的大小和形状,直到它们被物质吸收。现在,马里兰州(Maryland)盖士堡(Gaithersburg)国家标准和技术研究所的马修•莱克尔(Matthew Rakher)制成一种光子,行为就像可变形的变色龙一样。他们把1300纳米波长的红外光子导入一种晶体,导入其中的,还有1550纳米波长的激光光子。每种光子都有不同的形状。
这种晶体作为波导,反射并引导光子,使它们以特定的角度和位置相互碰撞,交融在一起,形成了波长710纳米的光子,这种光子与激光光子有相同的形状。论文发表在2011年第8期的《物理评论快报》(Physical Review Letters)杂志上。
这种转变对于联网量子计算机的开发是至关重要的。这些可用量子比特(qubits)替代二进制位,量子比特同时存在于众多量子态中,可以同时进行多项计算。
量子计算机发送和存储数据,可以使用光子的量子特性,如极化,也就是光子角动量的测量。问题是,光纤电缆在计算机之间传输光子时,采用红外波段最有效,而量子存储设备是由原子制成,会吸收光子,它最有效的是采用给定形状的可见光子。
这项新的研究会最大限度第减少转换中的数据丢失,莱克尔说。“我们的研究提供了一种方法,可以采用电信波段单光子,改变它们的波长和形状,使它们能够存储在可见光波长的量子存储器中,”他说。
尤金(Eugene)俄勒冈大学(University of Oregon)的海登•麦吉尼斯(Hayden McGuinness)称,这项研究是“一种巧妙的方法,可以解决两个难点问题”。
光子变色变形 实现量子计算
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