让光速变成几米每秒 科学家从激光束中减去单个量子光

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在奥尔赫斯大学和南丹麦大学的合作中，研究人员发现了一种从激光束中减去单个量子光的方法。这项工作最近发表在《物理评论快报》上。该方法为未来的量子通信和计算技术应用奠定了基础。光是由微小的不可分割的能量包组成的，也就是所谓的光子。光子的一个定义性质是它们是不相互作用的，只是简单地相互传递，完全不受影响。在量子通信的背景下，这是一个非常有用的特性，因为它最终能够在非常大的距离上实现低损耗的光学编码数据传输。

然而，许多新兴的量子信息处理思想将极大地受益于使两个光子相互作用的能力，从而影响到另一个光子的传播或状态。近年来，超旧的原子气体被证明是操纵光的理想介质。例如使用一种被称为电磁诱导透明的技术，研究人员可以极大地改变光传播的速度，使光速度减慢到惊人的慢速几米每秒。更重要的是，光可以通过将光子转换成介质中的原子激发而停止。通过逆转这个过程，并将激发态映射回光子，这一过程实现了光子量子存储器，光子可以根据需要暂时存储和获取

欧登塞的实验团队和来自奥尔豪斯大学的团队以及来自马里兰大学联合量子研究所的合作伙伴一起，实现了这样一种光子记忆，但有一种特殊形式的原子气体，其中的组成原子具有很强的相互作用。这有效地使光子在量子存储器中相互探测，从而使研究人员能够在一个非线性的水平上操纵光。利用这一想法，小组设计并演示了一种新颖的方法，利用另一束光从光束中减去单个光子。一般的想法是先存储一个光场，然后再通过介质传送另一个光场。

在第二束光子中，光子探测到存储的光子，并以这样一种方式与它们进行交互，这样单个光子就会被标记，然后在检索时被丢弃。由于被剥夺了一个单一的光子，原来的光束被留在一个特殊的量子态中，它本身有许多科学和技术应用。实际上，利用这种非线性量子存储器来操纵光子的基本思想对量子信息科学中的许多应用都是有希望的。在这种能力变得完全实用之前，还需要进行更多的研究，但演示的光子子拖拉机是基于相互作用的光子的量子技术的一个重要里程碑。