物理學(xué)家通過(guò)將光子冷凍在玻色 愛(ài)因斯坦冷凝物中來(lái)不可逆地分裂

光線(xiàn)可以指向不同的方向，通常也可以以相同的方式返回。但是，波恩大學(xué)和科隆大學(xué)的物理學(xué)家成功地創(chuàng)建了一條新的單向光路。它們將光子冷卻到玻色-愛(ài)因斯坦冷凝物，使光聚集在光學(xué)“谷”中，不再?gòu)闹蟹祷??；A(chǔ)研究的發(fā)現(xiàn)也可能對(duì)未來(lái)的量子通信感興趣。結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

甲光光束通常通過(guò)被引導(dǎo)到部分反射鏡分割：然后的光的一部分被反射回創(chuàng)建的鏡像。其余的穿過(guò)鏡子。波恩大學(xué)應(yīng)用物理研究所的馬丁·威茨博士說(shuō)：“但是，如果顛倒實(shí)驗(yàn)設(shè)置，這個(gè)過(guò)程可以扭轉(zhuǎn)。” 如果反射的光和穿過(guò)反射鏡的那部分光以相反的方向發(fā)送，則可以重建原始光束。

物理學(xué)家研究光的奇特光學(xué)量子態(tài)。Weitz與他的團(tuán)隊(duì)以及科隆大學(xué)理論物理研究所的Achim Rosch博士一起，正在尋找一種通過(guò)冷卻光子來(lái)產(chǎn)生單向光路的新方法：在光子中，光應(yīng)聚集在山谷中，從而不可逆地被分開(kāi)。物理學(xué)家為此目的使用了由光子構(gòu)成的玻色-愛(ài)因斯坦凝聚物，魏茲在2010年首次實(shí)現(xiàn)了該目的，成為了首個(gè)制造這種“超光子 ”的人。

一束光束在兩個(gè)鏡子之間來(lái)回投擲。在此過(guò)程中，光子與位于反射表面之間的染料分子發(fā)生碰撞。染料分子“吞噬”光子，然后再次將它們吐出。“光子獲取染料溶液的溫度，”韋茨說(shuō)。“在此過(guò)程中，它們冷卻至室溫而不會(huì)丟失。”

通過(guò)用激光照射染料溶液，物理學(xué)家增加了鏡子之間的光子數(shù)量。高濃度的光粒子與同時(shí)冷卻相結(jié)合，導(dǎo)致各個(gè)光子融合形成“超光子”，也稱(chēng)為玻色-愛(ài)因斯坦凝聚物。

兩個(gè)光學(xué)谷“捕捉”光

當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)按照此原理進(jìn)行。但是，兩個(gè)鏡中的一個(gè)不是完全平坦，而是有兩個(gè)小光學(xué)谷。當(dāng)光束進(jìn)入凹口之一時(shí)，距離，因此波長(zhǎng)變得稍長(zhǎng)。這樣，光子具有較低的能量。這些輕粒子被染料分子 “冷卻” ，然后在谷中進(jìn)入低能態(tài)。

但是，凹痕中的光子的行為不像大理石在波紋板上滾動(dòng)一樣。大理石滾入瓦楞紙的谷中，并停留在其間，由“峰”隔開(kāi)。

“在我們的實(shí)驗(yàn)中，兩個(gè)山谷非?？拷?，以至于發(fā)生了隧道耦合，” Weitz團(tuán)隊(duì)的主要作者克里斯蒂安·庫(kù)茨切德(Christian Kurtscheid)報(bào)告說(shuō)。因此，不再可能確定哪個(gè)光子在哪個(gè)波谷中。韋茲解釋說(shuō)：“光子被保持在兩個(gè)谷中，并進(jìn)入系統(tǒng)的最低能量狀態(tài)。” “這將光不可逆轉(zhuǎn)地分裂，就好像它正在穿過(guò)單向街道盡頭的交叉路口一樣，而光波則以不同的凹痕保持一致。”

科學(xué)家希望這種實(shí)驗(yàn)安排將有可能產(chǎn)生更復(fù)雜的量子態(tài)，從而允許產(chǎn)生交錯(cuò)的光子多粒子態(tài)。“也許量子計(jì)算機(jī)可能有一天會(huì)使用這種方法彼此通信，并形成一種量子互聯(lián)網(wǎng)，”魏茲談到未來(lái)。