物理学家将光子冷冻在玻色-爱因斯坦冷凝物中

光线可以以不同的方向照射，通常也可以以相同的方式照射回来。然而，波恩大学和科隆大学的物理学家们成功地创造了一条新的单向光路。它们将光子冷却成玻色-爱因斯坦凝聚体，使光聚集在光学“山谷”中，再也无法返回。基础研究的发现也可能对未来的量子通信产生重要影响。研究结果发表在《科学》杂志上。 z|gG%fM  
l*Iy:j(B  
光束通常被指向一个分光镜：一部分光线被反射回来以产生镜像，其余的光则通过镜子。”然而，如果实验设置颠倒了，这个过程可以扭转。”波恩大学应用物理研究所的马丁·韦茨教授说。如果反射光和通过反射镜的部分光是朝相反的方向发送的，则可以重建原始光束。 /6%<97/d  
}4n?k'_s?  
物理学家研究光的奇异光学量子态。韦茨和他的团队以及科隆大学理论物理研究所的阿希姆·罗什博士一起，正在寻找一种通过冷却光子来产生光学单向通道的新方法。由于光子能量较小，光应该聚集在山谷中，从而不可逆地被分割。物理学家们将由光子组成的玻色-爱因斯坦凝聚体用于这一目的，韦茨在2010年首次实现了这一目标，成为第一个创造出这种“超级光子”的人。 N<54_(|X  
}m6j6uAR6)  
5c~OG6COx  
一束光在两个镜子之间来回反射。在此过程中，光子与位于反射面之间的染料分子碰撞。染料分子“吞下”光子，然后再把它们吐出来。“光子获得染料溶液的温度。”韦茨说，“在这过程中，它们会冷却到室温而不会消失。” 5Se S^kJC  
@9!,]
n  
通过用激光照射染料溶液，物理学家增加了反射镜之间的光子数。光粒子的强烈浓度加上同时冷却，使得单个光子融合形成一个“超级光子”，也称为玻色-爱因斯坦凝聚。 %)K)h&m  
0bQm:J[(#  
两个光谷“捕捉”光线 JyBsOC3  
faVR %  
目前的实验是按照这个原理进行的。然而，两个镜子不是完全平坦的，而是有两个小的光学谷。当光束进入其中一个凹痕时，波长就会变长。然后光子的能量就会降低。这些轻粒子被染料分子“冷却”，然后在山谷中进入低能状态。  p|D-ez8  
'
h6Vj6  
“在我们的实验中，两个山谷如此接近，以至于隧道耦合发生，因此，再也无法确定哪些光子在哪个山谷中。”研究人员说。光子被保存在两个山谷中，进入系统的最低能量状态，这就不可逆转地将光分裂，就像它穿过单行道尽头的交叉路口一样，而光波则以不同的缩进保持同步。 nPj+mg  

YC uuj$  
科学家们希望，这种实验安排将有可能产生更复杂的量子态，从而产生交错光子多粒子态。也许有一天量子计算机可能会使用这种方法相互通信，形成一种量子互联网。 {|jG_  
mj{/'  
相关链接：https://phys.org/news/2019-11-physicists-irreversibly-photons-bose-einstein-condensate.html