现实版“光剑”：科学家创造新固体光形式[2P]

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现实版“光剑”产生

英国每日邮报9月29日报道，近日科学家意外发现了一种完全新的物质形式，它的工作方式与电影《星球大战》里的光剑相类似。

一组物理学家正在研究光子并试图将这些粒子结合形成分子。据他们表示，这种分子的特性类似于光剑，主要是通过移动固体里的光粒子，这与任何已知的物质都不相似。这项结果是由美国哈佛大学物理学教授米哈伊尔·卢金（Mikhail Lukin）和麻省理工学院的物理学家教授弗拉丹·卢勒狄克（Vladan Vuletic）教授发现的，他们当时正视图冲击光子穿透铷原子云。这项发现被发表在期刊《自然》上。

随着光子进入电子云，卢金说道，它的能量激活了沿途的原子，导致光子的速度骤降。随着光子继续穿透电子云，能量在不同原子间切换，最终与光子一起离开电子云。“这与玻璃杯里光折射是相同的效应。”卢金解释道。“当光进入水里，它将部分能量传递给媒介，在水里光和物质结合在一起，但当前者离开时，它仍然还是光。”

“而现在这个过程非常相似但更加极端——光速被极大的减慢，大量能量在折射过程中丢失。”当科学家同时发送一个以上光子时，他们注意到粒子会堆积在一起形成分子。

科学家创造新固体光形式

哈佛大学和麻省理工学院的科学家声称他们创造的物质是目前为止纯粹理论上存在的，且它与几十年来普遍接受的有关光的本质背道而驰。光子被描述为无质量的粒子，它不会相互发生作用。将两束激光束相互照射，它们只会单纯的经过彼此。“光分子的特性并不像传统的激光，而是更类似于光剑。将它与光剑相比拟并不是特别恰当，”卢金说道。“当这些光子相互作用，它们会彼此推挤并偏移。这些分子之间产生的物理学更类似于我们在电影里所看到的。”

事实上，科学家所目击的这种现象是名为“里德伯封锁”(Rydberg blockade)的效应。这种效应描述了被（例如，路经的光子）激活的原子的临近原子并不会被激活到与最初原子相同的程度。实际上，这种效应意味着当两个光子进入原子云里，第一个光子会激活原子，但在第二个原子能够激活临近原子之前它就已经向前继续移动。产生的结果便是两个原子互相推拉穿过整个电子云，它们的能量从一个原子传递到下一个。

虽然这种效应非常罕见，但它的确存在某些实际应用。“它或可能有助于我们现在进行的研究，成为携带量子信息最可能的方式。”卢金说道。“尽管唯一的不利条件是光子之间并不会发生相互作用。”为了建造量子计算机，研究人员需要建立一个能够保存量子信息的系统，并利用量子逻辑运算处理这些信息。

然而，目前面临的挑战是，量子逻辑需要单个量子之间的相互作用，使得量子系统能够相互切换进行信息处理。“我们演示的这个过程证明我们是能实现这一点的。”卢金说道。“在我们进行有用、实际的量子转换或者光激性逻辑门之前，我们必须提高性能，目前仍处于概念验证阶段，但这是非常重要的一步。”

这一系统甚至可以用于经典计算，卢金说道，尤其是考虑到芯片制造商面临的功率损耗问题。不少公司正在试图研发依靠光学路由器的系统，将光信号转换为电信号，然而这些系统也面临自身的障碍。卢金认为这些系统有朝一日或可纯粹利用光创造复杂的三维结构，例如晶体。“它们具体的应用目前我们还不清楚，但这是一种新的物质形态，因此我们希望随着不断调查这些光分子的特性，新的应用领域会逐渐出现。”