自然-光子学:两光子间强相互作用系统建立 谐振循环倒相

顾汉现

作者：Arno Rauschenbeutel

来源：《自然—光子学》

发布时间：2014/11/4 17:40:45

两光子间强相互作用系统建立



在自由空间中的两个光子之间不相互作用，光波彼此擦身而过不会相互影响。然而，对于量子技术的许多应用，光子之间的相互作用却至关重要。奥地利维也纳理工大学的一个科学家团队现成功在两个单光子之间建立起强大的相互作用，朝着轻拍校验（tap-proof）量子通道或建立光学逻辑门发送信息迈出了重要一步。该研究成果发表在最新一期的《自然—光子学》杂志上。

这次研究人员建造成只有两个光子之间的强相互作用系统。这种相互作用是如此强烈，以至于光子的相位发生了180度的改变。该大学原子和亚原子物理研究所阿诺教授说：“它像一个钟摆，实际上应该向左摆动，但由于第二摆耦合，向右波动。这个摆荡不会出现更极端的变化。我们实现了最小光强的最大相互作用。”

据物理学家组织网11月3日（北京时间）报道，为了促其成为可能，光子开始了一场“不太可能”的旅程。极小的超薄玻璃纤维被连接到一个像细小瓶子一样的光谐振器里，以使光线能够部分进入其中，循环往复，再回到玻璃纤维。这种迂回通过谐振器导致光子被倒相。

当一个铷原子被接入谐振器，该系统将发生巨大的变化。由于铷原子的存在，几乎没有任何的光进入谐振器，那么光子的振荡阶段不能倒相。

阿诺说：“然而当两个光子同时到达，事情发生变化。原子是一个可饱和吸收体，光子被原子用很短的时间吸收，然后被释放到谐振器。在这段时间里，它不能吸收任何其他光子。如果两个光子同时到达，只有一个可以被吸收，而另一个仍然可以相位转移。”

从量子力学的角度来看，两个光子没有区别。它们只能被理解为一个共同的波状物体，在同一时间位于谐振器和玻璃纤维。没有人能分清它们哪个是被吸收和哪个过去了。当在同一时间击中谐振器，它们两个一起经历了180度的相移。两个相互作用的光子同时到达显示出与单光子完全不同的行为。

阿诺说：“这样可以创造一个纠缠光子状态。这个状态在所有量子光学的领域是被要求的，即在量子传送，或者可能被用于量子计算的光晶体管。”

新系统的一大优势体现在，其是基于现有通讯领域的玻璃纤维技术，纳米玻璃纤维和瓶谐振器与现有技术完全兼容。创造出强大的光子相互作用，是朝着轻拍校验数据传输的全球量子信息网络迈出的重要一步。（华凌）

http://www.nature.com/nphoton/jo ... hoton.2014.253.html