如何使“孤傲”的光子改变彼此的量子态?

太平洋电脑网   2017-08-14 08:18

北京时间8月14日消息,据国外媒体报道,所有早期量子计算研究都是利用光开展的。光易于操纵,只需几面镜子、几块晶体和光线探测器,就等于拥有了一台晶体计算机。但在过去20年间,情况早已改变,几乎所有重大进展都是利用离子、超导电流环或晶体缺陷取得的。

这是一种合理的进步。要进行逻辑运算,必须以一种量子态为基础、对另一种量子态进行修改。然而,一道光波从另一道光波旁飞过时,往往径直而过,路径没有丝毫动摇,更别提停下来“交流”了。两个带电离子则恰好相反,其中一个的量子态会对另一个造成强烈影响,因此逻辑运算会简单得多。

问题在于,能够轻易改变的量子态也容易被环境破坏。相比之下,光的量子态就顽固得多。这已经由两地通过通过卫星开展的量子密钥分配得到了验证。

因此,光量子态仍对量子计算具有重要意义,不过它们大多被当作各地之间的信息载体。在每个位置上,光的量子态会被转化成其它状态、从而展开运算。不过,如今科学家研发出了一种特殊的物质结构,使光线之间可产生强烈的相互影响。这样一来,就不再需要上述转化过程了。

如何使“孤傲”的光子改变彼此的量子态?互相无视的光子

那么,光子为何如此“孤芳自赏”呢?问题在于,它们必须通过某种介质才能交流。当光线穿过玻璃时,光场会使玻璃中的全部电子发生振动,从而减慢光的传播速度。光的减慢程度表现为材料的折射率。我们通常认为,折射率与光的亮度无关。如果加强光照强度,电子会振动得更加剧烈,但并不会改变光线穿过介质的轨迹,也就是说,折射率没有变化。

然而,如果光线亮度很高,电子振动的幅度就会超出一般范围。电子平时和原子绑定在一起,因此振动幅度有一定限制。一旦光线亮度使电子振动幅度急剧增加,光照强度就会改变介质折射率。光线穿过介质的路径改变后,各种奇怪的现象便会随之发生,如出现新的颜色、光线开始聚焦、或者光脉冲变得更加短暂密集。

如果将玻璃塞在两面镜子中间,这些奇特的效应便会更加明显。科学家让一道黯淡的光线通过前镜“渗漏”进来,镜子之间的距离决定了哪种颜色的光线能够进入中间的缝隙。特定颜色的光线会在镜子间来回反射。随着越来越多的光线通过空隙渗漏进来,光线亮度逐渐累积加强。与此同时,光线还会透过第二面镜子的空隙渗漏出去。

过了一会儿,进来的光线与出去的光线数量相等,便达到了均衡状态。此时看来,所有照射在第一面镜子上的光线似乎都穿过了空隙,没有一道被反射回去。从第二面镜子漏出的光线亮度与射在第一面镜子上的光线相当,镜子之间的光线更是极为明亮。镜子的反射性越强,镜子之间的光线就越亮。从效果上来看,两面镜子之间的空间就相当于一个光线储藏室。

如果光线足够明亮,就会改变镜子间介质的折射率,从而改变可进入两面镜子中间的光线颜色,因此永远达不到前面描述的均衡状态。事实上,光线一开始虽然没被第一面镜子反射,但随着镜子间光线的亮度不断增加,第一面镜子忽然开始反射光线了。从效果上来看,等于光自己改变了光线的走向。

这正是光量子计算机的目的:由光线来改变光线状态。

“亮度”是研究中的常见主题。要达到很高的亮度,就需要很多、很多的光子。但量子态是以单个光子的形式储存的,亮度也就无从谈起。正因为如此,光量子计算机的研制一直停滞不前。

如何使“孤傲”的光子改变彼此的量子态?两进一出

为此,科学家展开了新一轮材料研究。他们希望能打造一种高度敏感的结构,单个光子也能改变其性能。这可以用单个原子来实现。假设宇宙中有一个固定不动的原子,还有一把能发射单个光子的“喷枪”。这把枪百发百中,每个光子都能射中原子。此外,我们可以选择光子的颜色,让其满足使原子从基态跃迁到激发态的能量间隔。

单个光子击中原子后,原子会将该光子吸收,过了一段时间后,再朝任意方向“吐”出一个相似的光子。但如果我们接连向原子发射两个光子,原子就只会吸收第一个光子,第二个光子则会径直穿过,相当于一个光子掌控了另一个光子的必经之路。和前文的例子相反,这里只需单个原子便可产生预定效果,正好满足我们的需求。

但现实中的原子不会停在原处不动,除非用其它原子将它围困住。原子也不会随意吸收任何颜色的光线,只吸收自然界为其选定的颜色。更糟糕的是,原子体积非常小,光子击中原子并被吸收的概率自然也很小。宇宙令我们大失所望,我们需要寻找更适合的原子。

点状原子

这里涉及到量子点的概念。量子点是一种微型球状材料。这些小球的体积极小,如果向其中通入电流,每次只有一个电子能进入球中。每个电子都会堵住下一个电子的入口,量子点中包含的单个“自由”电子的表现与原子中的电子无异。但和原子不同的是,不同能级之间的间隔由球体的大小决定。换句话说,量子点就像“大师定制”的原子。由于量子点比一般的原子大得多,因此更容易被光子击中。

研究人员将量子点置于两面镜子中间。整套装置十分迷你,镜子用的是直径几微米的微型晶柱,两面镜子间仅间隔几百纳米。这还不是最特殊的,毕竟这样的装置随处可见。

这项新研究的特殊之处主要有两点。首先,研究人员采用一种特殊的制造技术,将量子点置于靠近间隔正中的位置。其次,由于每个量子点都有些许不同,他们在上面安装了电极,对量子点的能级进行调整,使量子点吸收和发射的光线颜色与镜子间空隙要求的颜色相符。

想象一下这样的画面:将一束光照在微型晶柱上,它的颜色刚好满足镜子间距的要求。这束光透过镜子,在两面镜子间来回反射。突然,量子点吸收了某个光子,达到了激发态,改变了它的折射率。镜子忽然开始反射光线。而用单个光子也能达到同样的效果。

我们将一道平均含有不到一个光子的光脉冲照射在镜子上。这平均不到一个光子透过镜子、在当中来回反射。一旦被吸收之后,镜子便开始反射光线,下一个打在镜子上的光子便只能原路返回。

单光子镜子的优势

单光子镜子有什么优势呢?它可以用来制造一连串单个光子。可以这样解释:假如有一台激光发射器,每隔几纳秒可产生一道光脉冲。我们逐渐降低它的强度,让每道脉冲中平均仅含有一个光子。但这并不算单光子光源。如果能数一数每道脉冲中的光子数量,会发现有的脉冲中根本没有光子,有的脉冲则含有两个或更多光子,只有少数脉冲含有一个光子。光子不会与彼此交流,但它们喜欢结伴而行。

要想连续发射单个光子,也许还要进一步降低光束强度,让每10道脉冲中含有一个光子。但即使如此,还是会有少数脉冲中含有两个以上的光子。

但假如让平均每秒发射一个光子的光脉冲照射在上述设备上,反射回来的光脉冲的确与光子数量一一对应。说得更精确些,原本含有两个以下光子的光脉冲在反射之后便只剩下了一个光子,含有两个以上光子的光脉冲在反射后则拥有不止一个光子。这是因为量子点最多只能吸收一个光子,因此要想从一道光脉冲中去除一个以上的光子十分困难。

但这还仅仅是开始而已。这还有助于光子门的研究,即让一个光子改变另一个光子的状态。虽然此次研究中未涉及这一点,但相信很快便会有科学家展开相关研究。

最令人激动的是,此次研究中运用的技术还可以用于光集成电路。我们可以将一道脉冲激光打在起点处,第一道设备先将其转化成一连串的单个光子,再将它们送往光子门,调整为计算所需的量子态。接下来,这些光子会被送往不同的微型晶柱,改变彼此的状态、进而展开运算。整套流程的运行十分高效。

这项进展令科学家激动不已。实验装置制作精良,不存在随机缺陷。且研究人员使用的是寿命较长的光子,不那么转瞬即逝。光子向来是传递量子信息的绝佳载体,今后或许还能用它们展开高效运算。

内容推荐
更多阅读

· 平凡的我,过着平淡的生活

· 中国九大短发女神,短发女生也可以性感和可爱

· 中国最新雷达杀手亮相:一车能装6架,敌人雷达不敢开机

· “父亲节,没有给岳父买礼物,老婆闹离婚!”

· 马云和马化腾抢夺加油站的故事!

· 孔蒂和俱乐部闹不和 真相揭秘

· 骑士离队的第一个人已经确认?詹姆斯给了他最后的尊严

· 三国刘氏传(4):汉室宗亲刘表,是如何从成功走向失败

· “五虎上将”这个称号,你知道是怎么来的吗?

· 此人也姓李,建立西夏,学李隆基,最后被儿子干掉

· 有些人自己认清就好,不值得去难过

· 又到牵牛花开时

· 央视主持人张泽群:四次高才考上,被邻居调侃“大”学生

· NBA“五绝”相遇 谁与争锋 中神通——卡梅隆 安东尼

· 这是一名不次于帕特莱利的NBA谋略家,他决定凯尔特人的未来

· 米兰CEO法索内:多纳鲁马会留下来,除非有合适的报价!

· 中国4-1团灭日本!水谷隼犯病又乱叫,惹急樊振东逼他低头服软

· NBA前总裁斯特恩:一生做了这十件事 很惭愧 一点微小的工作

· 哈登后场搭档陷交易流言,但他的一番话却让人向他致敬!

· 困难重重!温格已经到了捉襟见肘的地步?

· 曼联的世界第一左后卫有颗前锋的心!卢克·肖如能学其优点必可复活

· 马云:创业者要善于打造死循环,然后偷偷摸摸赚钱

· 把小控当大控用梦三国的英雄

· 徒步旅行第71天,看完辽宁河北天津的海,看山东烟台蓬莱的海

· 大唐是人人羡慕的盛世,如来为了全民信佛恐吓唐太宗派人西天取经

· 直击:北京停放最整齐的共享单车,按颜色排列,犹如彩色长龙

· 她曾是台湾的宅男女神,大大的眼睛非常耐看

· 从三员猛将被弃用看中国女排新帅执教思路:更崇尚进攻

· 男子当众侮辱环卫工:你是垃圾 信不信我撞死你

· 汪涵的急智口才有多厉害?《我想和你唱》示范神级救场!

· 华米创始人黄汪:智能手环未来不会被手机取代

· 中国十大互联网公司创始人,都来自哪里,为什么浙江和广东独占鳌头?

· 共享单车OUT了 共享汽车我们走!

· 独善其身!人品球品俱佳的他,才是中超最需要的外援

· 1948年伦敦寒酸办奥运:运动员自带食物

· 全运夺冠天津女网属张帅最激动,夜空之星照亮前进之路!

· C罗成德国全民公敌!拜仁名宿调侃:担心他9月就得去蹲班房

· 张泉灵:曾经的央视主播,现在的天使投资人《奇葩说》女版高晓松

· 冒死八一八韩国化妆品的一些内幕

· 四川最美的古镇,就藏在红尘万丈中

· 尊号相同的两个皇后,一个历经七朝皇帝,一个被奶妈害得流产

· 一身高不到五尺的刺客去杀天下第一大力士,他的办法太可怕了

· 飞镖黄三太因一句给康熙的许诺差点丧命,多亏杨香武替他盗回九龙玉杯

· 小鲫鱼这样炖的,才入味

· 一位新手爸爸写的“孕期日记”爆红!网友:这大概就是嫁给了爱情

· 伊娃·格林:一个美出了天际的奇女子

· 不想站街接客就去卷烟,印度贫民窟女孩生存选择

· 六男子跨省捕杀野生保护动物岩羊 肢解尸体时被警方抓获

· 初心、“良心”与商业心:三唱《欢乐颂》的正午阳光启动上市

· 能吃能睡足够用|实拍四款房车价格20万以内的房车

· 官方:达尔坎托担任尤文图斯青年队主帅

· 起起落落的建筑群里,唯有它们屹立不倒

· 河南这座绰约多姿的山不大,却珍藏了一个国宝

· 二胎男翻女,BC单给大家瞅瞅,有些数据是有参考价值的

· 好营养与聪明宝贝

· 民间故事:落葬

· 朱啸虎与马化腾发生激烈争论 他们吵了啥?

· 这些瞬间燃爆泪点的照片,告诉你什么叫共和国的脊梁

· 在吃完一顿丰盛的断头大餐后,死刑突然被停止了,他还可以再活 37天

· 超模姐妹齐上阵,碧水蓝天下拍写真,感觉世界上没人更美的了

· 这5个地方成为游客最不受欢迎的国家,最后一个实在让人难以忍受

· 或许这才是奥利奥的正确吃法,你试过吗?

· 怀男孩的肚子究竟是什么样的(图片)?

· 9句保命金言,你家孩子学会了吗?

· 婉约派纯爷们,为儿写诗,又两首

· 莫让共享单车成为城市之殇

· 22岁女学生欲嫁大10岁结过婚的渣男

· 成都,台北喊你来一比高下

· 农家辣子鸡,做法其实特别的简单,我来教你哦

· 有个爱锻炼身体的老爸,孩子也不会太差

· 越南“黑玫瑰”张氏耀玉,让人百看不厌

· 脑白金的创始人在A股有家正宗游戏公司,股价合理吗

· 最新!永城高铁票价信息+永城高铁公交车班次时间表!赶紧收藏

· 大良夜猫常去的宵夜档亮记不做了?不是这样的!

· 女儿生病了 摄影师妈妈却发现了生活的美好

· 忙晕头的济南二胎爸爸,为宝宝辞掉工作

· 水到绝境是飞瀑,人到绝境是重生(写的真好)

· 勇士队赌城三天三夜不合眼!佛祖度化女妖精 阿杜困得生无可恋

· 一组NBA球星之间的激情照,科比詹姆斯的“基友”遍天下

· 工作人员检查兵马俑坑发现异常!最后发现又是惊吓又是可笑!

· 军校版《背影》:“想说爱你不容易!”

· 美国真正想独立的州不是加州、德州,而是最后加入的一个洲

· 王者荣耀 10大变态英雄角色 能排第一的真心是变态啊

· 别羡慕三亚了!长春隔壁这十大绝美海岛,今年夏天一定要去一个!

· 肚里的婴儿胎中有胎?盘点怪医黑杰克中最猎奇的5种病例

· 公司为本单位孕妇进行一次胎儿检查,三个孕妇凑到一起

· 他们想要回送出去的女儿却被女儿抹了一脸的灰 送出去的女儿往往是儿女中最优秀的!

· 笑话五则:放学你给我等着,不等是小狗

· 这位农民过世后,故宫为何破例为他举办追思会?

· 彩虹版共享单车又捣乱来了!还真有不怕死的

· 自提吉利博越,跑了3000公里 有些问题一定要告诉你们!

· 美菲两国海军在菲中部举行反海盗演习

· 赣州的摩拜单车在这里!拍了照片给你看,帅不帅

· 日本天皇一条命价值千金 我国珍贵文物竟被用来换战犯的生命

· 怀孕五个月孕检出宝宝畸形,使我恨透了自己的父母

· 骑士生死一战,风头却被他们抢了!

· 官方组织和阿里体育投入1亿美元,他们能帮助中国的橄榄球走到多远?

· 三峡之谜:陀螺伫立几万年,清水流到浑水里来,等

· 老太太把口香糖当零钱,还到银行去换,结果是?

· 腾讯辟谣“封杀ofo小程序”,它是个山寨ofo| 钛快讯

· 世界自贸区协会主席:中国自贸区需建立整体开放的框架

· 没有分利不均的撕X大戏、也不懂资本运作,但唐杰忠那个时代的相声很好笑

· 这两件丑女标配,看看你衣橱有没有

· 天佑首徒帅总外号阿斗惹怒主播,主播家土豪退出公会手撕天佑徒弟阿斗

· 英国老人因为打理自家庭院成了网红,广告商们抢着给他的小屋拍照

· 别让男孩越来越“娘”!儿子应该这么养!

· 小时候的热剧《武林外传》里有哪些未解之谜呢?让我们一起解读

· 天猫把京东的618过成了自己的双11,好在刘强东有这些挽尊

· 618大促“T”馆,TCL再创佳绩的四大战役!

· 最毁车的几个坏习惯!新手司机一定不知道!

· 上海电影节开幕红毯明星发型PK 短发成亮点!

· 陆良蚕桑小镇入选全省一流特色小镇创建名单

· 直击国内最牛的火车站,可以直达全国省会城市

· 崇祯皇帝不是吊死在煤山吗?怎么还有后代?

· 二胎自然流产,婆婆在家不做饭却打电话让我去给做

· 心疼孕期我们的内脏被挤成这样,妈妈真伟大!

· 北京首钢和孙悦互撕,是要裁掉他的节奏么?

· 薛定谔的猫既死又活?最新实验证明:量子芝诺效应可让它一直活

· 德国二队3-2险胜亚洲冠军,诺伊尔接班人失误连连或遭勒夫放弃

· 前3个月从不弃购 持股市值逾6000万的李飞飞6月搞什么搞?

· 看6000公里外 同时跟踪500个目标 年租金7亿美元 对准中国

· 世界10大末代君主,其中一家10口人被枪毙,而韩国末帝不能人道

· 五年了,不会说粤语,so,你有问题?

· 李娜为什么在张家界天门山修建别墅

· 航拍科尔沁沙地南部的人造绿洲

· 6个手指的宝宝竟然是这样(图),是什么导致宝宝多长一个手指?

· 四维通过证实是男宝!来接好孕吧!附详细症状!

· 克利夫兰城市风景图集,詹姆斯一个人承载着一座城

· 富豪坠机身亡,九旬老父与儿媳为200亿遗产上法庭

· 巴西名记:中甲俱乐部为卡卡开出巨额合同

· 美国投原子弹前,到底做了什么事情,让日本不敢再大声嚷嚷?

· 跟着朋友去郊区,这里好的让人吃惊!从内到外都漂亮

· 汉朝三大开国功臣,为何张良、萧何能善终,韩信却惨死?原因很简单

· 花一百元叫的外卖,下次不会再点了

· 手足口病、登革热进入高发期

· 惊动了教育部?这位教授给女儿一封信,千万网友建议把它作为语文第一课!

· 15句很励志的经典短句,再长的路,一步步也能走完

· 16条文艺范感悟图片说说短语

· 跟好声音闹掰,如今重回《新歌声》,道出无奈的理由引发热议

· 围棋界第一美女黑嘉嘉参加人机团体配对赛 黑嘉嘉与柯洁结婚了吗?

· 今夏注定不平静!库里领衔十大自由球员

· 新闻分析:“民粹迷雾”消散 欧洲重提变革

· 不止围棋,现在人类连这个游戏都玩不过AI啦!

· 全民大主播表演铁头功,脑震荡入院,网友:假头盔的锅

· 巨鸟见人就鞠躬令人诧异,游客得知真相后却再也笑不出来

· 7人小店小聚,量大实惠,三箱青啤五瓶小二,花费500元

· 孩子上学粑粑拉裤子上,打电话通知家长,这妈妈的做法,出乎人意料!

· 媒体谈“假婚姻”高发:办个假离婚相当于增加10年收入

· 情感速递:刀砍公公手指,吐婆婆口水,家有疯狂儿媳,警示分析

· 三菱召回部分进口欧蓝德EX劲界 因雨刮器易损坏

· 现代社会告诉你:“不敢冒险就是最大的冒险”

· 朋友开了间面包店,跟我抱怨不赚钱,每天就靠门口两台摇摇车

· 30+度高温怎样穿衣?这样穿搭清爽又时髦!

· 愤怒的小鸟出新作了,比之前的更刺激!

· 武当山玄善文化——"德贯古今,礼行天下"亲子夏令营

· 美国各自NBA球队的球迷,想象中的交易形成的球队海报,你期待哪笔交易,杜兰特该为家乡打球了

· 当黄金局部出现斑点时,真是黄金生锈了吗?专家说这很常见

· 6个方法可以“一夜暴富”,哪种可以改变命运?

· 机油不可以混用?原来有这么多我们不知道的误区

· 梦三国娱乐开局必不可少的几个控制英雄

· 7月起 广铁开通高铁至大西北!看油菜花海、天空之境

· 天在下雨 我在想你

· 父亲节快乐!现役WWE摔二代与他们父亲的珍贵合影 颜值巅峰期的兰迪·奥顿连男人都会喜欢他

· 女友得知父母是民工立马悔婚,父亲的举动挽救了我们的婚姻

· 成龙的遗嘱,“小龙女”吴卓林表达自己内心真实的想法,让人心疼

· 时尚圈的考题,这也太难了吧?

· 美丽的旗袍女子在江南古镇风情之美!

· 印第安人到底是不是殷商后裔?二者之间到底什么关系?

· 能推测人死期的棺材匠

· 2017年下半年厨电市场发展趋势与应对之策

· 皇马老板弗洛伦蒂诺再次当主席后“首要任务解决C罗”

· 欧洲足球的傲慢:里皮、博阿斯、斯科拉里竟被媒体认为已消失

· 喜欢看英超,英超球场信息知多少?

· 6.23全国游泳锦标赛宁泽涛复出 包粉们咱们赣州见证奇迹

· 美联储加息:逐步衰减的外部冲击——盘古智库宏观周报第201722期

· 拍照还是一样死板板地吗?过时了啦!小编教你10款 让你也成为时尚潮人(上篇)

· 孩子头上发旋越多越不好,这究竟是真的么

· 电商行业变天了!今年618这9个趋势不容错过!

· 我的父亲第一次创业失败了,最后他了做什么?

· 索马里?百慕大?揭秘这个世界神奇的海域

· 听我说,千万别来连云港上大学!

· 给新手妈妈哺乳的8个小建议,看看也许能帮你解决一些难题

· 对孩子的感恩教育,刻不容缓!

· 肝功能衰竭患者的救命新技术!“人工肝”效果显著!

· 刚过保修期车子就要大修,车主说明情况后车子居然能免费维修

· 有人嫁到中国用英文捞金被吴京怼 而他的混血儿子中文比英文还流利

· 宋祖德骂迪丽热巴:乌鲁木齐撩一下发丝,我在香港都能闻到风骚味

· 安吉星的产品突围,通用怎么凭这只数据“特种部队”实现转型

· 不作死就不会死,一张自拍就让这些外国人陷入困境

· 世界上最小的湖泊:本溪湖,水面不到十五平米,竟在中国北方

· 云南最窝囊的城市,曾为云南第二大城市,现却全省排名第九

· 车裂不死-李存孝,这才是真正的十三太保

· 这四种稀奇古怪的水果,你都见过吗?

· 人生要安于平凡(美文)

· 比海南贵5倍,比大溪地美10倍,这个你听过无数次的免签岛国,才真的叫天堂!

· 搜狐总裁张朝阳好奢侈,私人座驾全球限量6台售价超过亿元!

· 撞了闯红灯的行人,要赔钱吗?

· 民国风骨|最懂得投资的人 从来都先投资自己

· 迟迟不交货,印度很生气:30亿军火不买了!

· 韩国仁川机场讨好中国游客 推出中文服务机器人

精彩图片