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爱因斯坦早期想法终实现 微波腔光子量子保稳定

http://www.kexue.com 2011-09-06 09:29:30 腾讯科学  发表评论


光线通过棱镜折射,光子进入眼球内的感光细胞

  据国外媒体报道,由巴黎第六大学的卡司特勒-布洛索实验室的研究团队首 次在实验室中成功进行了量子态的稳定实验。研究人员成功地在一个高品质的微波 腔中保持光子数量的不变。而爱因斯坦曾经也有个这样的想法,希望通过一个装置 在一秒钟内捕获一个光子,而卡司特勒-布洛索实验室在这个方向上迈出了重要一 步。该项研究成果发表在了2011年9月1日的《自然》杂志的网络版上。

  我们所理解的光子,是光的基本组成单位,而我们能观察到物体,就是光 子能量激发了眼球的感光细胞,而当眼睛接受到这些光子信息后,就会“摧毁”掉 这些光子,将光子的携带的信息进行感光记录。然而,这种破坏性的接受信息行为 是必须进行的。在四年前,同样也是在卡司特勒-布洛索實驗室,由研究人员赛尔 (Serge Haroche)领导的团队取得了重大的突破,研究人员观察到单一的微波光 子被禁锢在一个特殊的盒子里。

  目前,卡司特勒-布洛索实验室的研究人员已经在这个基础上走得更远了, 他们成功地将一定数量的光子稳定在一个“光子盒”中,这个盒子的形状有点儿特 殊,大概可以认为是由两个超导镜子形成的腔形结构。这个实验从意义上而言,是 第一个完整的关于实验室中量子稳定的实验。一般而言,系统的稳定化可以确保在 我们周围系统的操作。在微波烤箱加热的情况下,其加热的温度是依赖于设定温度 的,主要尚未达到理想的温度值,烤箱就会继续升温,然后根据温控器的读数保持 在一个稳定的状态。

  现在,我们将思维进行一种转化,将烤箱的概念转化成微观的量子世界中 的行为,即测量-温度计-系统状态的变化。量子稳定包括了通过注射原子进行测量 的行为,并且在这个程序中,还将引导超灵敏的探测器进入腔形结构中。而这种方 法并不能确定腔形结构中的光子数目,但是却可以提供一个模糊的估计值。就像其 他的量子测量方式一样,其也可以通过修改腔形结构的状态来进行改变。

  在实验中,还涉及到一个监控器(温控),考虑到这些信息对测量的扰动 以及控制传统的微波源(烤箱的加热元件),腔形结构可以恢复到一种设定状态下 ,该状态下得光子数可以精确地控制在一个规定值内。然而,伟大的爱因斯坦有个 梦想:希望通过一个装置在一秒钟内捕获一个光子。这个梦想已经被卡司特勒 - 布洛索实验室的研究人员率先进行了量子稳定的初步验证,在今后的实验中,将探 讨一个稳固的方法,在给定光子数量的前提下,将光子“放入”盒子中。因而,这 个实验也是复杂的量子态控制的重要一步。(Everett/编译)

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