让光暂停 (图)

折射：入射光的频率接近电子的本征振动频率时，会深入物体内部，引起电子的微小振动，将能量传给原子核，核再使光波以原来频率透出物体，但这个过程需要一定的时间，使得光同时在介质和空气中传播。由于速度不同，会在界面处形成一个折点。雨后彩虹的出现，就是大气对阳光折射形成的。 让光暂停 　 　　虽然在过去由于技术条件的限制，让光暂停被看成是不可能的，但最近随着各项技术的完善，科学家们已经明白如何去完成这样一件事了。就在去年，哈佛大学的物理学家们完成了一个实验。他们用激光照射一个充满原子蒸汽的玻璃容器中，激光进入容器后并没有出来，这并不是说激光被消灭或者吸收了，确切地说，它们是被“储存”起来了，只等科学家们一声令下就完好无损地重新出来。这个激光脉冲在进入容器之前足有数公里之长，但是它能够进入只有区区几厘米宽的容器中而且如此合适，这是魔术吗？当然不是，这就是量子效应。 　　截住光子这个“不可能完成的任务”是由两个团队完成的。一个是由隆·华斯沃兹（哈佛－史密斯天体物理研究中心）领导的，另一个是由林尼·郝（哈佛大学物理系）领导的。其中华斯沃兹的小组是利用加热的铷蒸汽进行实验的，而郝的小组则是利用超低温的钠蒸汽达到同样的目的。 　　哈佛大学的研究小组正是通过增加光子——构成光的微粒，没有质量的的质量来达到截停激光束的目的。这个实验中需要两束激光束：一个控制束和一个信号束，信号束是用来被拦截的。首先利用控制束，华斯沃兹的小组使玻璃容器中的铷蒸汽具有散射性，也就是说光通过容器时的速度将对光的颜色有很敏感的依赖性（这在一定程度上与棱镜的原理相近，但具体的色散谱不相同）。在这样一个散射气团中，原子与光子进行强烈的相互作用，正是这种与原子间的反应有效地放慢了光子的速度，使其变得好像蠕动一般。物理学家称这样一个原子－光子系统为“极化对”。接下来，科学家们降低信号束的强度，直到“极化对”全部原子化了，即容器内没有光子了。但光子所留下的效应或者说印记还在——就表现在容器内的原子上。原子运动着，就像一个陀螺一样旋转着。（物理学上称之为具有角动量），有信息显示，消失的激光脉冲是像一个信号一样，以原子自旋轴的上下方向不同的形式而存储起来了。而要释放这样一个存储的信号比较容易：只需另一束激光直接入射到容器中就能将其释放。在不远的将来，这项技术将使原子与光子间量子信息的有效的、可逆的映射成为可能。 　　该技术的应用前景将是令人瞠目结舌的：假设你有一些信息存储在原子中，你可以将它映射到光信号中，然后将其传送到其它原子群，并在那里留下你的信息。这就是“量子通信”。量子通信将来可能会用来传送超级安全信息。量子世界的一个神奇之处即在于只要察看一个系统即已经改变其特性。换句话说，你想接触一份量子信息而不留下任何蛛丝马迹是不可能的。所以，你不可能截获一份信息，破译后又传送到接收者手中而不让其发现任何破绽。 　　这听起来是不是有点熟悉？如果你是“星际迷航”这一科幻系列的爱好者，会熟悉每当科克船长要访问外星，他的传送机就通过光束将外星上的原子重排以匹配其自身的分子形式。这可以说就是量子通信的一个极端例子。当然，很长时间之内，这样一种传送机都将会只是科幻而已，但科学家们的工作无疑是向着这一方向前进了微小的一步。 　　在不远的将来，这项技术可能会带来一种新型的计算机——量子计算机。量子计算机存储和读取数据是通过控制单个原子的量子态（比如说自旋方向）来进行的。由于即便是只有针尖大的一块物质，其原子数目也是大的惊人，因此说，量子计算机的潜力简直无法估量。计算机的原理是二进制数字，也就是“０”或者“１”。量子计算机则是通过量子态的变化来纪录不同状态，举例来说，自旋轴水平代表“０”，垂直代表“１”。这样的计算机能够有效工作的一个前提就是能够截住光子，并改变其量子态，然后在次将光子释放。目前科学家按照此顺序进行的实验：入射激光改变了原子的量子态，而且由此原子释放的激光保留了这些改变的信息。 　　在这样一个奇异的世界中——科学家们随心所欲地拦截、捕捉和释放原子，真是奇妙无穷。 http://phyftp.nankai.edu.cn/songz/index/ebook/chn/059.htm http://www.kepu.net.cn