捕捉到的光子

物理学家制作了第一部微波脉冲从量子物理世界过渡到经典物理世界的“电影”。

9月25日报道自然，研究人员表示，他们的方法可能有助于理解自然界中量子物理学何时结束、经典物理学何时开始。它还可以揭示如何将信息保存在未来利用量子物理的计算机中。

量子物体——一般来说，任何小到足以受量子物理学支配的物体——可以同时以多种形式存在。例如，一个原子可以同时位于两个位置，电磁波（例如微波脉冲）的波峰和波谷也是如此。

来自外界的任何干扰都可能导致这种量子纯真的丧失——用物理学的术语来说，就是失去相干性。物体的状态逐渐变得更加明确，直到物体选择一种状态，正如日常经验所预期的那样。通常，物理学家无法捕获量子相干性中包含的所有信息，因为测量产生的答案只是一系列可能结果中的一个。

巴黎高等师范学院和法兰西学院的塞尔日·哈罗什 (Serge Haroche) 和他的合作者现在已经在两块镜子之间捕获的微波脉冲中观察到了这种转变。研究人员通过向脉冲发射数千个铷原子（一次一个原子）来探测脉冲。每个原子从脉冲中提取少量信息，而不会破坏其相干性。

近乎完美的镜子允许微波脉冲中的光子来回反弹，形成持续几毫秒的驻波。通过反射，脉冲一点一点地失去了连贯性，波峰和波谷的位置也越来越接近确定。

同时，脉冲每次失去相干性的路径也不同。为了获得该过程最完整的图像，研究人员对相同的脉冲重复测量数千次。

“这是一项令人着迷的工作，”哈佛大学的物理学家米哈伊尔·卢金评论道。他补充道，它的独特之处在于“它允许人们直接实时观察光的量子态在失去相干性时会发生什么。”

Haroche 表示，该团队正在不断改进该设备，以便能够保持更高强度脉冲的相干性。较高强度的脉冲往往表现得更像经典物体而不是量子物体。因此，研究人员希望更多地了解量子世界和经典世界之间的界限。

哈罗什还表示，他的团队或许能够学习如何利用原子在脉冲完全丧失之前恢复脉冲的相干性。这种能力可以帮助研究人员为未来的量子计算机设计量子数据存储。这样的机器将使用量子物体的多种状态来同时执行无数的计算。