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近日，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和德國馬克斯•普朗克研究所的科學(xué)家用單個(gè)光子激發(fā)單個(gè)分子，實(shí)現了兩個(gè)單分子間的信號傳送。在實(shí)驗中，可讓單個(gè)分子模擬光頻，將單光子流傳遞給相距數米的另一個(gè)分子，如同兩個(gè)站點(diǎn)之間的無(wú)線(xiàn)電通訊。這為開(kāi)展以單光子作為量子信息載體，由單個(gè)發(fā)射器進(jìn)行信息處理的進(jìn)一步研究鋪平了道路。相關(guān)研究結果發(fā)表在《物理評論快報》雜志上。 過(guò)去20年，科學(xué)家已證明能探測到單個(gè)分子，也能生成單光子。然而，單個(gè)分子發(fā)現并吸收單光子的幾率很低，由光子激發(fā)分子仍難以捉摸，因而通常需要每秒釋放數十億光子來(lái)轟擊分子，才能從中獲得一個(gè)信號。規避這一物理學(xué)難題的一般方式是，在原子周?chē)鷺嫿ㄒ粋�(gè)腔洞，使光子能夠長(cháng)久囚禁其中，以保持兩者良好的互動(dòng)幾率。 而此次實(shí)驗的挑戰之一，就是獲取具有適當頻率和帶寬的單光子來(lái)源�？蒲行〗M利用了一個(gè)事實(shí)：當一個(gè)原子或分子吸收單光子時(shí)，它將過(guò)渡到激發(fā)態(tài)。在幾納秒后，激發(fā)態(tài)將衰變?yōu)樽畛醯幕鶓B(tài)，并放射出單個(gè)光子。 在實(shí)驗中，研究人員將兩個(gè)嵌入有機晶體之中的熒光分子樣本冷卻至零下272攝氏度。每個(gè)樣本中的單個(gè)分子都能由光譜選擇結合空間。為了生成單光子，單個(gè)分子將從“源頭”樣本中激發(fā)而出。當分子的激發(fā)態(tài)衰變時(shí)，放射出的光子將緊緊聚集于距離幾米之外的另一個(gè)“目標”樣本之上。為了保證樣本中的單個(gè)分子能夠“看到”入射的光子，研究小組必須保證它們處于同一頻率。此外，珍貴的單光子也需要與單個(gè)目標分子進(jìn)行有效地互動(dòng)。 科學(xué)家表示，這是兩個(gè)量子光學(xué)天線(xiàn)之間長(cháng)距離通訊的首個(gè)例子。單個(gè)分子一般大小為1納米，而聚集的光束卻不能小于數百納米。這通常意味著(zhù)大多數的入射光都會(huì )環(huán)繞分子進(jìn)行運動(dòng)，而無(wú)需“看見(jiàn)”對方。然而，如果入射光子與分子的量子力學(xué)過(guò)渡產(chǎn)生共鳴，在這個(gè)過(guò)程中，分子可像天線(xiàn)一般發(fā)揮作用，抓住其附近的光波。 來(lái)源：科技日報 新型光子存儲讓網(wǎng)速更給力 據英國《自然》雜志網(wǎng)站2月27日（北京時(shí)間）報道，在互聯(lián)網(wǎng)內行進(jìn)的數據會(huì )在用于傳輸的光信號線(xiàn)和用于處理的電信號之間來(lái)回轉換，因此，容易擁堵網(wǎng)絡(luò )，成為制約網(wǎng)絡(luò )速度的一個(gè)瓶頸�，F在，日本科學(xué)家研制出了能耗更少、數據保存時(shí)間更長(cháng)的新型光子存儲設備，讓信息不僅以光信號的形式傳播，還能以光信號的形式存儲和處理，有望讓互聯(lián)網(wǎng)變得更快速高效。研究發(fā)表在《自然•光子學(xué)》雜志上。 日本電報電話(huà)公司（NTT）的科學(xué)家多年來(lái)一直在研究這樣的設備，但以前研制出的設備耗能太多且不能讓數據保存很長(cháng)時(shí)間。而新存儲單元的能耗僅為30納瓦，是以前設備的三百分之一；且能讓數據保存1微秒，是以前250納秒的4倍。該研究的主要作者、NTT光子納米結構研究團隊負責人納富政彌（音譯）表示，1微秒已足以對數據進(jìn)行處理。 為了制造出這些光子存儲器，科學(xué)家們以一塊薄磷化銦平板開(kāi)始其研究。在該平板中央，他們埋進(jìn)了另一種光子材料—磷化銦鎵砷的一段作為存儲單元，這段磷化銦鎵砷約4微米長(cháng)、300納米寬�？茖W(xué)家們在磷化銦上蝕刻了一些納米小洞，制造出了一個(gè)結構，其僅能傳輸某些波長(cháng)的光；通過(guò)該存儲單元中間的一條通路則沒(méi)有被蝕刻，以引導光進(jìn)出。當特定波長(cháng)的光照射在該存儲單元上時(shí)，磷化銦鎵砷的折射率會(huì )發(fā)生變化，使其僅能傳輸一種光脈沖。他們使用激光器從光子存儲設備上閱讀信息或將信息寫(xiě)到光子存儲設備上，并使用另一個(gè)激光器提供穩定的背景光以幫助存儲單元維持其狀態(tài)。 接下來(lái)，他們將四個(gè)這樣的存儲單元整合在了同一塊芯片上。納富政彌表示，將一百萬(wàn)個(gè)這樣的存儲單元結合在一起制造出的設備能耗僅為30毫瓦，比閃存150毫瓦左右的平均能耗還低很多。他和同事正嘗試添加激光器和光探測器以將更多讀和寫(xiě)光子存儲單元添加到同一塊芯片上。 納富政彌表示：“我們的第一個(gè)目標是用這些存儲單元制造出網(wǎng)絡(luò )路由器或服務(wù)器中的存儲器；接著(zhù)，我們希望取代高速計算機內的隨機存取存儲器�！� 加州大學(xué)伯克利分校電子工程與計算機科學(xué)系納米光電導體技術(shù)中心的主任常瑞華（音譯）教授對NTT研發(fā)出的設備表示興奮。她說(shuō)：“互聯(lián)網(wǎng)數據堵塞呈逐年上升的勢頭，用光子存儲單元進(jìn)行一些數據路由工作勢在必行�！� 總結： 盡管半導體制造一直遵循著(zhù)摩爾定律，在性能上不斷提升，但由于其材料電子性能的限制，這種提升空間已經(jīng)接近極限。信息工業(yè)的發(fā)展，到了必須依靠質(zhì)的突破來(lái)確保量的提升時(shí)刻，否則云計算、物聯(lián)網(wǎng)等都將是沒(méi)有效率和資源保障的空中樓閣。量子計算、光子傳輸和存儲都被看作發(fā)展方向，尋找新材料和新理論成為了突破口，當前這些研究和突破看似瑣碎和渺小，卻是支撐戰略性新興信息產(chǎn)業(yè)的基礎。 來(lái)源：科技日報 |
