Only Perception: 控制光與物質間的交互作用

2011-01-18

控制光與物質間的交互作用

Controlling the interaction between light and matter
http://www.physorg.com/news191829462.html

By Miranda Marquit, April 30, 2010

(PhysOrg.com) -- "關於這個，其中最令人振奮的一件事是，在光與物質的交互作用之間，那賦予我們美妙、澈底的控制，" William Kelly 表示。"在人造原子如何與光子交互作用上，我們的技術有賦予靈敏且精確控制的潛力。"

Kelly 待在麻州劍橋 Raytheon BBN Technologies。 Kelly 與 BBN 擾亂性資訊處理技術（Disruptive Information Processing Technologies）部門的另一群人，以及與來自 NIST 的科學家，一起參與了一項實驗，那被設計用來觀察某一超導人造原子的疊加（superposition）態。該小組的結果在 Physical Review Letters 期刊中描述，標題是「Direct Observation of Coherent Population Trapping in a Superconducting Artificial Atom」。

"在古典物理中，一個原子每次只能處於一種能階，被稱為 0, 1 或 2。然而，在量子力學中，會出現疊加態，在其中，原子的確切能量並不明確，" Kelly 解釋。"在類似實驗中，你看見很多雙態干涉。然而，我們實驗卻證明了三態干涉。在此類系統中這是一種新效應。"

為了獲得此效應，Kelly 及其同事以微波進行研究。"在原子的實驗中，這類事是以光頻（optical frequencies）完成，" 他說。"在室溫下，因為熱雜訊（thermal noise）的緣故，微波的使用不太可行，然而在我們研究所用的溫度下，熱雜訊不是個問題。"

此實驗涉及將一微小的超導裝置，其作用如同人造原子，超冷卻（super-cooling）至絕對零度以上 0.1 度。"你能在此系統中應用微波，將一電磁場耦合至裝置，並用那來控制人造原子所處的狀態。藉由送入能量與人造原子之能隙相符的光子，是有可能使人造原子變成過渡態，" Kelly 說。

此技術的潛在應用之一是量子資訊處理。"這裡有不同的可能平台來實現量子資訊系統。超導人造原子與光子因它們的優點與缺點而成了候選者，" Kelly 指出。"有了這種技術，在量子資訊處理上，我們能使用這二種世界中最棒的部份。" 他亦指出，已有大量關於光學交換（optical switching）的研究完成，而再繼續下去，這種技術能導致以微波頻率進行交換的類似研究出現。"我們能把這個當成某種微波電晶體（microwave transistor）來用。"

在基礎層次上，這種研究能導致量子系統的知識，以及人造原子的運用增加。"這是我們首度在一個人造系統中看見三種狀態的同調（coherence），" Kelly 說。"此外，這裡有個有趣的可能性：藉此使微波慢下來或甚至使它們停止。"

對於未來發展，Kelly 承認，有時候會繼續下去，不過現在這裡有些有趣的機會。"我們可能很接近用此來展示慢光了，" 他說。"然而，這裡有一堆可能的應用。隨著對此系統的研究增加，我們應能想出某些新方法來促進技術。"

※ 相關報導：

＊ Direct Observation of Coherent Population Trapping in a Superconducting Artificial Atom
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.104.163601

William R. Kelly, Zachary Dutton, John Schlafer,
Bhaskar Mookerj, and Thomas A. Ohki
Phys. Rev. Lett. 104, 163601 (2010) [4 pages]
doi: 10.1103/PhysRevLett.104.163601