據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)4月19日報(bào)道，美國佐治亞理工學(xué)院的物理學(xué)家利用激光從超冷的銣原子氣體云內(nèi)激發(fā)單個(gè)原子，開發(fā)出了一種能快速、有效創(chuàng)建單光子的新方式，并有望應(yīng)用于光量子信息處理之中。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在當(dāng)日出版的《科學(xué)快訊》（《科學(xué)》雜志快速在線版）上。

      這套新的單光子系統(tǒng)為研究原子的糾纏態(tài)和自旋波等提供了“肥沃的土壤”?？蒲腥藛T能相當(dāng)高效地將里德伯激發(fā)轉(zhuǎn)化為單光子，隨時(shí)獲取所需的狀態(tài)，速度可比現(xiàn)有系統(tǒng)快近千倍。

      里德伯原子是指一個(gè)價(jià)電子被激發(fā)到高量子態(tài)的高激發(fā)原子。其價(jià)電子離原子實(shí)很遠(yuǎn)，能級結(jié)構(gòu)類似于氫原子。為了獲取里德伯原子，研究人員利用激光照射數(shù)百個(gè)密集的銣87原子。它們都被激光所冷卻，并被限制在光學(xué)晶格中。激光照射將使單個(gè)原子從銣原子氣體云中轉(zhuǎn)化為接近電離的里德伯態(tài)。原子處于這種高度激發(fā)的狀態(tài)時(shí)，將在10微米至20微米的范圍內(nèi)，與其他里德伯原子發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用。通過修改單個(gè)里德伯原子的能量水平并在其周圍保有相應(yīng)的空間，可阻止額外的原子被轉(zhuǎn)化為里德伯態(tài)。

      一旦高度激發(fā)的原子被制成，科學(xué)家便可利用額外的激光場將激發(fā)轉(zhuǎn)化為具有同樣統(tǒng)計(jì)屬性的量子光場。由于場由單個(gè)里德伯原子生成，其只包含一個(gè)光子，這可被用于多種協(xié)議之中，對于量子信息系統(tǒng)等領(lǐng)域的研究也十分重要。研究人員表示，在首次實(shí)驗(yàn)中，生成的單光子的性能已超過了其他類型的單光子。隨著效率和生產(chǎn)率的進(jìn)一步提升，以及和“長壽的”量子存儲器的融合，這一單光子來源或可實(shí)現(xiàn)光量子的信息處理。

      下一步，研究團(tuán)隊(duì)將致力開發(fā)兩個(gè)光場之間的光子量子閘。如若成功，將支持他們制成原子和光的復(fù)雜糾纏態(tài)，這將為量子網(wǎng)絡(luò)和量子計(jì)算添加寶貴的性能。