把光线握在手中——“零光速”实验叩响量子计算的大门 [复制链接]

第10版(科技)
专栏：

　　把光线握在手中
　　——“零光速”实验叩响量子计算的大门
　　林艾伦
　　1月18日，物理学家们说，通过将光速降至完全静止，他们可以有效地在一个瓶子里捕获光的脉冲，然后又将其释放出去。
　　世界上没有什么比光速更快的了，它在真空的速度是30万公里／秒。但当光线通过媒介时，它的速度会降下来。去年，罗兰德理学院和哈佛大学的一个课题组让光波通过一团超冷的钠原子云，成功地把光速降到了每秒1英里。如今，他们的另一组同事又宣称在独立的实验中“冻结”了光的脉冲。
　　两个课题组完成了看起来似乎无法完成的任务：使光脉冲的速度不断下降以至于减弱和停止，然后又根据需要使它重新加速。事实上，实验并不是让光子完全停下来，而是使光波的信息逐渐转移到限制在一个玻璃室中的原子上，然后又将这些信息附着到原光波的一束复制品上。
　　在实验中，先向玻璃室中的原子发射一道控制激光束，将原子激发到一个不吸收光线的状态。然后向玻璃室内再发射一束激光，当光脉冲进入室中时，光子和被激发的原子结合成一种量子系统。在这一系统中，光子的性质转移至原子身上，改变了它们的磁自旋方向。从某种意义上讲，原子使光脉冲的速度降低了。当这个脉冲完全进入原子云团时，控制激光束的强度逐渐降至零。“随着我们不断降低激光的强度，脉冲中的光子数越来越少，而与此同时受激自旋的数目越来越多，光脉冲所携带的所有信息都转移到了自旋中。”
　　科学家们强调说，光子并没有像它们在平常状态下那样被吸收。“光子消失了，但每消失一个光子，就有一个原子的自旋方向发生逆转”，光脉冲就像一幅被凝固的量子图案，被“贴”到了原子的身上。在实验中，光脉冲的信息在光束衰减之前可以被保存大约千分之一秒。当控制激光的强度逐渐恢复时，光子们就又重新出现在系统中，光束的速度不断上升，当它离开玻璃室的时候，它又恢复到了原来的速度。
　　两个课题组都说，他们的这一发现可以被运用到量子计算和量子通信的学科前沿。通过类似的方法，人们可以将处于量子态的原子所携带的信息转移到一组别的原子上去，从而实现量子信息的传递。
　　众所周知，量子计算机解决数学问题的能力远高于目前普遍使用的电子计算机。尤其是在数据加密和解密领域，由于量子信息对于数据窃取特别敏感，所以量子通信系统可以使数据安全达到一个新的水平。
　　量子计算机的开拓者、国际商用机器公司的查尔斯·贝纳特认为，让光线减速是一个令人激动的研究领域，现在的问题是能否使一个量子系统携带的信息不会衰减。从这种意义上讲，今天的实验能否让量子计算最终受益，现在做任何评价都为时尚早。（附图片）