研究人員正在做實驗。圖片來源：普渡大學

科技日報記者?張夢然

美國普渡大學團隊將堿金屬原子（銫）捕獲在集成光子電路中，可充當光子（光的最小能量單位）的晶體管。這些被“捉”到的原子，首次展示了冷原子集成納米光子電路構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)的潛力。研究成果發(fā)表在最新一期《物理評論X》上。

新開發(fā)的技術(shù)利用激光冷卻并捕獲了集成納米光子電路中的原子。光在一條細小的光子“線”（比人類發(fā)絲的1/200還細的波導）中傳播。這些原子被凍結(jié)到零下273.15攝氏度，基本上處于靜止狀態(tài)。在這種低溫下，原子可被瞄準光子波導的牽引光束捕獲，并被放置在比光的波長短得多的距離上（大約300納米）。在這個距離內(nèi)，原子可非常有效地與光子波導中的光子“互動”。

利用最先進的納米制造儀器，團隊將光子波導設(shè)計成直徑約為30微米的圓形結(jié)構(gòu)，形成所謂的微環(huán)諧振器。光將在微環(huán)諧振器內(nèi)循環(huán)，并與被捕獲的原子相互作用。

這種原子耦合微環(huán)諧振器就像光子的晶體管。人們可使用這些被“捉”到的原子來控制光通過電路的流動。如果原子處于正確的狀態(tài)，光子就可通過電路傳輸。如果原子處于另一種狀態(tài)，光子就會被完全阻擋。原子與光子的相互作用越強，這個通過和阻擋的“門”就越有效。

團隊捕獲了多達70個原子，讓它們?nèi)狂詈系焦庾硬⒃诩晒庾有酒峡刂扑鼈兊膫鬏敚@些原子實現(xiàn)了“集體”高強度與光相互作用。

這一研究結(jié)果可為未來基于中性原子的分布式量子計算提供光子鏈路。還可作為研究光物質(zhì)相互作用或超冷分子的新實驗平臺。

總編輯圈點

就像劃船一樣，與不同步運動相比，當所有人同步劃船時，船的移動速度更快。這是科學家致力于讓原子們集體與光子波導上的光相互作用的原因。在這一成果基礎(chǔ)上，科學家將構(gòu)建出第一個納米光子平臺，以實現(xiàn)近年來理論家提出的所謂“選擇性輻射”，提高量子系統(tǒng)中光子存儲的保真度，為量子網(wǎng)絡(luò)的進一步實用鋪路。