讓光暫停 zt (圖)

zt 折射：入射光的頻率接近電子的本征振動頻率時，會深入物體內部，引起電子的微小振動，將能量傳給原子核，核再使光波以原來頻率透出物體，但這個過程需要一定的時間，使得光同時在介質和空氣中傳播。由於速度不同，會在界麵處形成一個折點。雨後彩虹的出現，就是大氣對陽光折射形成的。 讓光暫停 　 　　雖然在過去由於技術條件的限製，讓光暫停被看成是不可能的，但最近隨著各項技術的完善，科學家們已經明白如何去完成這樣一件事了。就在去年，哈佛大學的物理學家們完成了一個實驗。他們用激光照射一個充滿原子蒸汽的玻璃容器中，激光進入容器後並沒有出來，這並不是說激光被消滅或者吸收了，確切地說，它們是被“儲存”起來了，隻等科學家們一聲令下就完好無損地重新出來。這個激光脈衝在進入容器之前足有數公裏之長，但是它能夠進入隻有區區幾厘米寬的容器中而且如此合適，這是魔術嗎？當然不是，這就是量子效應。 　　截住光子這個“不可能完成的任務”是由兩個團隊完成的。一個是由隆·華斯沃茲（哈佛－史密斯天體物理研究中心）領導的，另一個是由林尼·郝（哈佛大學物理係）領導的。其中華斯沃茲的小組是利用加熱的銣蒸汽進行實驗的，而郝的小組則是利用超低溫的鈉蒸汽達到同樣的目的。 　　哈佛大學的研究小組正是通過增加光子——構成光的微粒，沒有質量的的質量來達到截停激光束的目的。這個實驗中需要兩束激光束：一個控製束和一個信號束，信號束是用來被攔截的。首先利用控製束，華斯沃茲的小組使玻璃容器中的銣蒸汽具有散射性，也就是說光通過容器時的速度將對光的顏色有很敏感的依賴性（這在一定程度上與棱鏡的原理相近，但具體的色散譜不相同）。在這樣一個散射氣團中，原子與光子進行強烈的相互作用，正是這種與原子間的反應有效地放慢了光子的速度，使其變得好像蠕動一般。物理學家稱這樣一個原子－光子係統為“極化對”。接下來，科學家們降低信號束的強度，直到“極化對”全部原子化了，即容器內沒有光子了。但光子所留下的效應或者說印記還在——就表現在容器內的原子上。原子運動著，就像一個陀螺一樣旋轉著。（物理學上稱之為具有角動量），有信息顯示，消失的激光脈衝是像一個信號一樣，以原子自旋軸的上下方向不同的形式而存儲起來了。而要釋放這樣一個存儲的信號比較容易：隻需另一束激光直接入射到容器中就能將其釋放。在不遠的將來，這項技術將使原子與光子間量子信息的有效的、可逆的映射成為可能。 　　該技術的應用前景將是令人瞠目結舌的：假設你有一些信息存儲在原子中，你可以將它映射到光信號中，然後將其傳送到其它原子群，並在那裏留下你的信息。這就是“量子通信”。量子通信將來可能會用來傳送超級安全信息。量子世界的一個神奇之處即在於隻要察看一個係統即已經改變其特性。換句話說，你想接觸一份量子信息而不留下任何蛛絲馬跡是不可能的。所以，你不可能截獲一份信息，破譯後又傳送到接收者手中而不讓其發現任何破綻。 　　這聽起來是不是有點熟悉？如果你是“星際迷航”這一科幻係列的愛好者，會熟悉每當科克船長要訪問外星，他的傳送機就通過光束將外星上的原子重排以匹配其自身的分子形式。這可以說就是量子通信的一個極端例子。當然，很長時間之內，這樣一種傳送機都將會隻是科幻而已，但科學家們的工作無疑是向著這一方向前進了微小的一步。 　　在不遠的將來，這項技術可能會帶來一種新型的計算機——量子計算機。量子計算機存儲和讀取數據是通過控製單個原子的量子態（比如說自旋方向）來進行的。由於即便是隻有針尖大的一塊物質，其原子數目也是大的驚人，因此說，量子計算機的潛力簡直無法估量。計算機的原理是二進製數字，也就是“０”或者“１”。量子計算機則是通過量子態的變化來紀錄不同狀態，舉例來說，自旋軸水平代表“０”，垂直代表“１”。這樣的計算機能夠有效工作的一個前提就是能夠截住光子，並改變其量子態，然後在次將光子釋放。目前科學家按照此順序進行的實驗：入射激光改變了原子的量子態，而且由此原子釋放的激光保留了這些改變的信息。 　　在這樣一個奇異的世界中——科學家們隨心所欲地攔截、捕捉和釋放原子，真是奇妙無窮。 http://phyftp.nankai.edu.cn/songz/index/ebook/chn/059.htm http://www.kepu.net.cn