光子與成對原子首次實現相互作用

科技日報北京8月29日電 （記者劉霞）據物理學家組織網26日報道，瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）的物理學家首次發現了一種讓光子與成對原子相互作用的方法，這一突破有望促進量子技術的發展，此項研究發表於最新一期《自然》雜誌。

研究人員稱，邁向基於量子物理的技術時代，首先必須掌握光與物質之間甚至更嚴格地説是光與原子之間的相互作用。腔量子電動力學（QED）在一定程度上已經實現了這一點，QED在單量子層次上研究光和物質相互作用，是引領量子技術發展的前沿領域，現已被用於量子網絡和量子信息處理等領域。儘管如此，目前光與物質的相互作用僅限於單個原子，這限制了我們在複雜系統中研究它們的能力。

在最新研究中，EPFL基礎科學學院的讓·菲利普·布蘭圖特領導的團隊發現了一種讓光子在超低温下與成對原子“混合”的方法。

研究人員使用了被稱為費米氣體的物質，這種物質由原子構成。布蘭圖特解釋道：“在沒有光子的情況下，費米氣體可以在原子相互作用非常強烈的狀態下製備，在此情況下，這些原子會形成鬆散的結合對，當光進入氣體時，其中一些原子對可以通過吸收光子而變成化學結合的分子。”

研究人員表示，這種新效應的關鍵是“相干”發生的，表明光子可以被吸收，將一對原子變成一個分子，然後光子被釋放出來，之後被多次重新吸收。這意味着雙光子系統形成了一種新型粒子——“雙極化子”。而這些混合極化子對擁有光子的某些特性，這表明它們可以用光學方法測量。

布蘭圖特説：“費米氣體的一些非常複雜的性質被轉化為光學性質，可以直接測量，甚至不會干擾系統，未來有望被用於量子化學領域，因為我們證明了一些化學反應可以用單光子相干產生。”