在超光子上留下“印记”

Josiah02

数千个光粒子在特定条件下可以合并成一种“超光子”。波恩大学的研究人员现在已经能够使用“微型纳米模具”来影响这种所谓的玻色-爱因斯坦凝聚态的设计。这使他们能够将光斑塑造成一个简单的晶格结构，该结构由四个以方形排列的光点组成。
此类结构未来可能用于确保多位参与者之间的信息交换不会被窃听。该研究成果现已发表在《物理评论快报》上。
当大量轻粒子被冷却到极低的温度，并同时被限制在一个紧凑的空间中时，它们突然变得难以区分，表现得像一个超光子。物理学家称之为玻色-爱因斯坦凝聚态，它通常看起来像一个模糊的光斑。
“然而，我们现在已经成功地在凝聚态上印上了一个简单的晶格结构，”波恩大学应用物理研究所 (IAP) 的 Andreas Redmann 说。
IAP 的研究人员通过将染料溶液倒入一个微型容器中来创建超光子。容器的侧壁具有反射性。如果用激光激发染料分子，它们会产生在反射表面之间来回反射的光子。这些光粒子开始时相对较热。然而，它们在反射表面之间移动时会反复与染料分子碰撞并冷却下来，直到它们最终凝结形成超光子。
反射表面的不平整会影响冷凝器的设计
“反射面通常非常光滑，”雷德曼解释道。“我们决定故意在上面添加小凹痕，形象地说，这为光线聚集提供了更多空间。”这有效地在冷凝物上印上了一个结构——几乎就像当你将一个一侧封闭的模具向下压入沙箱时：如果你再次将其抬起，你仍然可以看到模具在沙子中的印记。
雷德曼说：“通过这种方式，我们成功创建了四个冷凝物喜欢停留的区域。”这就像将一碗水分到四个呈方形排列的杯子中。
然而，与水不同，超光子不一定会分裂成四个小部分。如果杯子的位置足够近，光粒子可以在它们之间以量子力学的方式来回传递，它就会保持为一个单一的凝聚态。
例如，这种特性可用于创建所谓的量子纠缠。如果一个杯子中的光改变其状态，它也会影响其他杯子中的光。光子之间的这种量子物理相关性是使多个参与者之间的信息交换（例如讨论或秘密交易）防窃听的基本要求。
“通过刻意改变反射表面的形状，理论上可以创建分裂在 20、30 个甚至更多晶格点之间的玻色-爱因斯坦凝聚态，”雷德曼解释道。
“这将使我们能够确保讨论中众多参与者之间的交流不会被窃听。我们的研究首次展示了如何刻意创建某些发射模式以用于特定应用。这使得该方法对许多不同的技术发展都极具吸引力。”