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物理學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)了一種讓光子與成對原子相互作用的方法

2021-08-30 13:20:20 來源：科技日報

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)26日報道，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）的物理學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)了一種讓光子與成對原子相互作用的方法，這一突破有望促進(jìn)量子技術(shù)的發(fā)展，此項研究發(fā)表于最新一期《自然》雜志。

研究人員稱，邁向基于量子物理的技術(shù)時代，首先必須掌握光與物質(zhì)之間甚至更嚴(yán)格地說是光與原子之間的相互作用。腔量子電動力學(xué)（QED）在一定程度上已經(jīng)實現(xiàn)了這一點，QED在單量子層次上研究光和物質(zhì)相互作用，是引領(lǐng)量子技術(shù)發(fā)展的前沿領(lǐng)域，現(xiàn)已被用于量子網(wǎng)絡(luò)和量子信息處理等領(lǐng)域。盡管如此，目前光與物質(zhì)的相互作用僅限于單個原子，這限制了我們在復(fù)雜系統(tǒng)中研究它們的能力。

在最新研究中，EPFL基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)院的讓·菲利普·布蘭圖特領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了一種讓光子在超低溫下與成對原子“混合”的方法。

研究人員使用了被稱為費米氣體的物質(zhì)，這種物質(zhì)由原子構(gòu)成。布蘭圖特解釋道：“在沒有光子的情況下，費米氣體可以在原子相互作用非常強(qiáng)烈的狀態(tài)下制備，在此情況下，這些原子會形成松散的結(jié)合對，當(dāng)光進(jìn)入氣體時，其中一些原子對可以通過吸收光子而變成化學(xué)結(jié)合的分子。”

研究人員表示，這種新效應(yīng)的關(guān)鍵是“相干”發(fā)生的，表明光子可以被吸收，將一對原子變成一個分子，然后光子被釋放出來，之后被多次重新吸收。這意味著雙光子系統(tǒng)形成了一種新型粒子——“雙極化子”。而這些混合極化子對擁有光子的某些特性，這表明它們可以用光學(xué)方法測量。

布蘭圖特說：“費米氣體的一些非常復(fù)雜的性質(zhì)被轉(zhuǎn)化為光學(xué)性質(zhì)，可以直接測量，甚至不會干擾系統(tǒng)，未來有望被用于量子化學(xué)領(lǐng)域，因為我們證明了一些化學(xué)反應(yīng)可以用單光子相干產(chǎn)生。”

標(biāo)簽：物理學(xué)家量子技術(shù) 量子物理腔量子電動力學(xué)