哈佛教授：把光變成可移動的物質(圖)

2007-02-12 11:44 聽起來這像是騙人的把戲。你將光照進一股氣體內，突然，你發現這股光被吞沒在氣體之中，然後將這些氣體轉移到另外一個容器中，結果光又從裡面有力而出。

或許你不相信這是真的，但是據《自然》雜誌報導，哈佛大學的物理學家Lene Vestergaard Hau和她的同事確實做到了，當然，他們不是使用了魔法，而是利用了奇妙的量子力學。

首先，她們將一束光脈衝射向一個由200萬個鈉原子組成的超冷氣體雲團中減慢其速度，然後超冷鈉原子將光脈衝完全的摧毀掉，但在鈉原子中卻拷貝下了它們的「記憶」。

然後，他們將一部分鈉原子分流到另外一股由超冷鈉原子組成的氣團中，並且用一股激光束射向它們，這激起了保存在鈉原子裡的原始光脈衝的「記憶」並顯現了出來，雖然很微弱，但是沒有發生改變。

Hau說這些超冷鈉原子就如「通信員」一樣在兩股鈉雲團之間移動，它們可以說是原始光脈衝的「物質拷貝」，你可以把它看作是投射在超冷鈉原子內的一束光。

這個過程可以被應用於操縱量子計算機內的信息，量子計算機是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置，它要比傳統的計算機裝置功能強大的多。而且研究人員認為它對傳統的光纖通信也有重要價值，例如可以用來儲存保留光束中的信息等。

墨西哥波浪

根據量子力學，這項實驗成功必須依賴於原子可以像波浪一樣作一致的運動。通常，原子在表現出波浪般的動作時總是獨立於周圍的原子，就像在球場內看比賽的球迷任意揮舞自己的手臂一樣。但是假如一組原子的溫度被降低到很低，它們就會表現出一致的動作，就像足球場內的球迷製造的「墨西哥波浪」一樣（足球場內球迷的波浪式助威潮源於墨西哥所以將其叫做墨西哥波浪）。


這項實驗叫做玻色-愛因斯坦凝聚體實驗，光脈衝裡的信息編碼可以轉移到原子波內。因為所有的原子都相互結合在一起運動，這些信息不會丟失。

Hau和他的研究小組先前曾驗證過玻色-愛因斯坦凝聚體可以減慢光束甚至將其停頓的現象。凝聚體的形成需要極低的溫度，在這個實驗中，科學家將鈉原子的溫度降到很低時形成了凝聚體，因此它可以將光速減慢到每小時24公里。這就意味著一束光脈衝的持續時間在百萬分之一秒以下，在鈉氣內的覆蓋距離只有大約20微米，因此，這些光脈衝的一些可以舒適的呆在鈉氣雲團內。

傳播信息

然後，「控制」激光束將光脈衝的形狀寫入到原子波內，當「控制」激光束被關閉和光脈衝消失的時候，「物質拷貝」就被保存了下來。

與此同時，光的動力也被轉移到了鈉原子內。研究員們將這個超冷鈉原子構成的玻色-愛因斯坦凝聚體轉移到另外一個距離只有大約一毫米遠的與其類似的超冷鈉原子雲內，該鈉原子雲懸浮在一個磁性包圍場內。

然後再將激光束射向該鈉原子氣體雲，新遷入的鈉原子內保存的「記憶」被激活擴展到整個氣體雲中，所有的鈉原子再次相互作一致的動作，給予了氣體雲最初射進第一個鈉原子氣體雲的光脈衝的記憶，那時，它們再次釋放出光脈衝，不過能量只有原始光脈衝的五十分之一。這股脈衝波射出氣體雲，只要離開這股超冷的鈉原子氣體雲，它的速度立刻就變快了。

這個實驗過程就好像你將一個故事告訴一群人，然後這些人中的一部分離開到了另外一群人中，然後把這個故事在那群人中傳播開來一樣。

Hau補充說，製造光的「物質拷貝」在光纖通信上具有重要的價值，「物質比光更容易操縱。例如，我們可以捕捉這些拷貝然後將它們儲存起來。」