讓光速變成幾米每秒！科學家從激光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激光束中減去單個量子光的方法。這項工作最近發表在《物理評論快報》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相互作用的，只是簡單地相互傳遞，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現低損耗的光學編碼數據傳輸。

然而，許多新興的量子信息處理思想將極大地受益於使兩個光子相互作用的能力，從而影響到另一個光子的傳播或狀態。近年來，超舊的原子氣體被證明是操縱光的理想介質。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，光可以通過將光子轉換成介質中的原子激發而停止。通過逆轉這個過程，並將激發態映射回光子，這一過程實現了光子量子存儲器，光子可以根據需要暫時存儲和獲取。

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里蘭大學聯合量子研究所的合作夥伴一起，實現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相互作用。這有效地使光子在量子存儲器中相互探測，從而使研究人員能夠在一個非線性的水平上操縱光。利用這一想法，小組設計並演示了一種新穎的方法，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，然後再通過介質傳送另一個光場。

在第二束光子中，光子探測到存儲的光子，並以這樣一種方式與它們進行交互，這樣單個光子就會被標記，然後在檢索時被丟棄。由於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態中，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信息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，但演示的光子子拖拉機是基於相互作用的光子的量子技術的一個重要里程碑。

博科園-科學科普｜參考：物理評論快報｜來自：南丹麥大學

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