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玻璃纤维,让光线慢下来!

发布时间:2019-10-12 23:38:55 编辑:笔名

原子耦合得到的玻璃纤维:一种可以显著减缓光速的系统

在量子通信中,光是十分有用的工具,但它也有一个最大的缺点:以光速行驶的光并不能停留在某一位置。一个来自奥地利维也纳科技大学的科研团队现已证明可以解决上述问题——不仅仅是在特殊的量子通信系统,在现已广泛应用的玻璃纤维网络也可以。

在玻璃纤维中耦合原子,他们将光速降到180 km/h。这个团队甚至设法使光完全停下来,之后再检测它。该技术是未来玻璃纤维基量子网络的一个重要前提,在这个网络中,量子信息可以传递到很远的距离。

光脉冲,比快车要慢

真空中,光速通常为3×108 m/s。当光线在玻璃或水等介质中传播时,光速会与材料的相互作用而略微降低。“在我们的实验中,效果相当明显,因为我们使光线和材料的相互作用变得相当强烈,” Arno Rauschenbeutel 教授说道。“我们的玻璃纤维中传导光速仅180 km/h,任何一辆快车都能超过它。”

在现有的光纤网络进行量子通信

“有很多不同机械传递量子信息的方式,”Clément Sayrin 这样说道。“其中玻璃纤维技术是一种相当有吸引力的选择——毕竟,玻璃纤维网络遍布全球,而且我们已经用它来传输数据。”

维也纳研究团队把铯原子耦合到超细玻璃纤维中。原子吸收光能从低能级跃迁到高能级——所吸收的光子能量为两能级之间的能量差。然而,这种光不受控制。

这就是为什么研究团队在实验中使用了一个额外的受控激光,它对应着高能态三分之一的原子态。“这三个量子态之间相互作用,防止光子被吸收和随意的发射。相反,光子的量子信息以一种受控方式转移到原子系统,它可以储存一段时间。”这样,光子就转化为原子的集体激发。

两微秒后,光子通常走了约半公里,控制激光使原子发射光到玻璃纤维中。光子的性质保持一致——这是量子通信的重要前提。

光子的存储是远距离量子通信中重要的工艺步骤。“量子物理允许我们创造发送者和接收者之间的链接,这使得窃听无法进行,”Arno Rauschenbeutel 说道。“当然,没有人可以触碰链接而不被发现,这是量子物理的基本规律。”

本文由材料人网编辑部华东组编辑整理

素材:赵建伟 翻译:夏宇婷 校对:张爽 审核:李团伟

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