哈佛教授：把光变成可移动的物质(图)

2007-02-12 11:44 听起来这像是骗人的把戏。你将光照进一股气体内，突然，你发现这股光被吞没在气体之中，然后将这些气体转移到另外一个容器中，结果光又从里面有力而出。

或许你不相信这是真的，但是据《自然》杂志报道，哈佛大学的物理学家Lene Vestergaard Hau和她的同事确实做到了，当然，他们不是使用了魔法，而是利用了奇妙的量子力学。

首先，她们将一束光脉冲射向一个由200万个钠原子组成的超冷气体云团中减慢其速度，然后超冷钠原子将光脉冲完全的摧毁掉，但在钠原子中却拷贝下了它们的“记忆”。

然后，他们将一部分钠原子分流到另外一股由超冷钠原子组成的气团中，并且用一股激光束射向它们，这激起了保存在钠原子里的原始光脉冲的“记忆”并显现了出来，虽然很微弱，但是没有发生改变。

Hau说这些超冷钠原子就如“通信员”一样在两股钠云团之间移动，它们可以说是原始光脉冲的“物质拷贝”，你可以把它看作是投射在超冷钠原子内的一束光。

这个过程可以被应用于操纵量子计算机内的信息，量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置，它要比传统的计算机装置功能强大的多。而且研究人员认为它对传统的光纤通信也有重要价值，例如可以用来储存保留光束中的信息等。

墨西哥波浪

根据量子力学，这项实验成功必须依赖于原子可以像波浪一样作一致的运动。通常，原子在表现出波浪般的动作时总是独立于周围的原子，就像在球场内看比赛的球迷任意挥舞自己的手臂一样。但是假如一组原子的温度被降低到很低，它们就会表现出一致的动作，就像足球场内的球迷制造的“墨西哥波浪”一样（足球场内球迷的波浪式助威潮源于墨西哥所以将其叫做墨西哥波浪）。


这项实验叫做玻色-爱因斯坦凝聚体实验，光脉冲里的信息编码可以转移到原子波内。因为所有的原子都相互结合在一起运动，这些信息不会丢失。

Hau和他的研究小组先前曾验证过玻色-爱因斯坦凝聚体可以减慢光束甚至将其停顿的现象。凝聚体的形成需要极低的温度，在这个实验中，科学家将钠原子的温度降到很低时形成了凝聚体，因此它可以将光速减慢到每小时24公里。这就意味着一束光脉冲的持续时间在百万分之一秒以下，在钠气内的覆盖距离只有大约20微米，因此，这些光脉冲的一些可以舒适的呆在钠气云团内。

传播信息

然后，“控制”激光束将光脉冲的形状写入到原子波内，当“控制”激光束被关闭和光脉冲消失的时候，“物质拷贝”就被保存了下来。

与此同时，光的动力也被转移到了钠原子内。研究员们将这个超冷钠原子构成的玻色-爱因斯坦凝聚体转移到另外一个距离只有大约一毫米远的与其类似的超冷钠原子云内，该钠原子云悬浮在一个磁性包围场内。

然后再将激光束射向该钠原子气体云，新迁入的钠原子内保存的“记忆”被激活扩展到整个气体云中，所有的钠原子再次相互作一致的动作，给予了气体云最初射进第一个钠原子气体云的光脉冲的记忆，那时，它们再次释放出光脉冲，不过能量只有原始光脉冲的五十分之一。这股脉冲波射出气体云，只要离开这股超冷的钠原子气体云，它的速度立刻就变快了。

这个实验过程就好像你将一个故事告诉一群人，然后这些人中的一部分离开到了另外一群人中，然后把这个故事在那群人中传播开来一样。

Hau补充说，制造光的“物质拷贝”在光纤通信上具有重要的价值，“物质比光更容易操纵。例如，我们可以捕捉这些拷贝然后将它们储存起来。”