超快光子计

中国科技网讯 受光子放大和光子在室内被物体和墙壁反弹现象的启发，美国麻省理工学院、哈佛大学、威斯康星大学和莱斯大学的科学家利用先进的光学系统追踪反弹的光子，从而能够“看到”隐藏在屋内拐角处无法直接看到的物体。该技术在未来有望成为减灾和无损生物医学成像的无价之宝。 麻省理工大学研究生奥特克莱斯特·古普塔表示，当光子从墙上反弹并射在室内拐角处暗藏物体上被反射回来时，利用光子环绕和反弹的时间数据，他们能够获取有关物体几何形状的信息。 先进光学系统主要由超快激光器和两维超快扫描照相机组成，它们的工作频率可达每秒万亿次。科学家用它们能在1秒钟内拍摄数10亿张图像，通过分析反弹光子的运动状况“看到”室内拐角处的物体。 超快扫描照相机与其他照相机不同，它是根据光子进入照相机的时间来成像。古普塔说，这样的成像方式为人们提供了了解光子需要多长时间被反弹回来的良好途径。如果在拐角处存在某种物体的话，光子返回得越快则进入超快扫描照相机的时间就越早。他们用超快扫描照相机捕捉和计算光子数，每张图像上有3个或更少的光子。通过快速大量的成像来生产扫描图像，帮助他们决定光子传输的距离（以厘米计算）。当数据收集完成后，他们便能了解拐角处暗藏物体的基本几何形状和3维成像。 新的成像技术具有众多潜在的应用，其中包括在救灾方面的应用。古普塔认为，如果有房屋倒塌，新技术能够帮助救灾人员知道废墟内是否有人存在。事实上，新技术几乎适用于各种各样的灾害现场，特别是需要了解内部具体情况以及角落处是否有人的火灾，火灾的危险程度以及有害环境，由此人们不会冒险派人进入燃烧的房屋内，新技术可以极大地减少救灾人员可能面对的威胁。 此外，新技术十分有望被用作无损或非侵害生物医学成像，帮助医生掌握病人皮下组织的情况。这是科学家目前要着手研究的课题。古普塔表示，根据典型的时间表，研发展示到产品推出，新技术商业化需要5年至10年的时间。（驻美国记者 毛黎） 《科技日报》（2012-08-17 二版）

为研究原子的纠缠态和自旋波等提供了便利条件科技日报 2012年04月21日 星期六 本报讯 据物理学家组织网4月19日报道，美国佐治亚理工学院的物理学家利用激光从超冷的铷原子气体云内激发单个原子，开发出了一种能快速、有效创建单光子的新方式，并有望应用于光量子信息处理之中。相关研究结果发表在当日出版的《科学快讯》（《科学》杂志快速在线版）上。 这套新的单光子系统为研究原子的纠缠态和自旋波等提供了“肥沃的土壤”。科研人员能相当高效地将里德伯激发转化为单光子，随时获取所需的状态，速度可比现有系统快近千倍。 里德伯原子是指一个价电子被激发到高量子态的高激发原子。其价电子离原子实很远，能级结构类似于氢原子。为了获取里德伯原子，研究人员利用激光照射数百个密集的铷87原子。它们都被激光所冷却，并被限制在光学晶格中。激光照射将使单个原子从铷原子气体云中转化为接近电离的里德伯态。原子处于这种高度激发的状态时，将在10微米至20微米的范围内，与其他里德伯原子发生强烈的相互作用。通过修改单个里德伯原子的能量水平并在其周围保有相应的空间，可阻止额外的原子被转化为里德伯态。 一旦高度激发的原子被制成，科学家便可利用额外的激光场将激发转化为具有同样统计属性的量子光场。由于场由单个里德伯原子生成，其只包含一个光子，这可被用于多种协议之中，对于量子信息系统等领域的研究也十分重要。研究人员表示，在首次实验中，生成的单光子的性能已超过了其他类型的单光子。随着效率和生产率的进一步提升，以及和“长寿的”量子存储器的融合，这一单光子来源或可实现光量子的信息处理。 下一步，研究团队将致力开发两个光场之间的光子量子闸。如若成功，将支持他们制成原子和光的复杂纠缠态，这将为量子网络和量子计算添加宝贵的性能。（张巍巍）

实现数据超快存取技术突破法国物理学家5月31日表示，他们已利用超高速激光器将硬盘数据的存储和检索速度提高了10万倍，从而为新一代IT技术的开发指明了方向。 此项技术建立于2007年诺贝尔物理学奖获得者、法国科学家阿尔贝费尔和德国科学家彼得格林贝格尔的研究成果之上，这两位科学家在20世纪90年代开创了革命性的小型存储技术，他们发现磁场的微小变化可产生大量的电力输出，这些差异反过来又引起硬盘读取头的电流变化。 这一发现开辟了利用“自旋电子学”原理（不仅利用电荷，还利用单个原子中的电子自旋）实现硬盘高密存储的途径。但是，通过自旋电子的数据读写速度一直受制于相对缓慢的磁传感器。 在5月30日出版的《自然—物理学》上，法国斯特拉斯堡材料物理和化学所的让—伊维斯毕高领衔的研究小组发表了他们的最新研究成果。他们使用飞秒激光器发出的超高速激光改变电子的自旋，从而加快了检索和存储速度。 毕高说，这种方法可称为自旋光子学，因为光子改变了存储介质表面电子的磁化状态。数据可通过持续时间仅为千万亿分之一秒的突发激光得以恢复。飞秒激光器的尺寸为大约30厘米×10厘米，这意味着其目前尺寸过大尚不能应用于消费类电子产品中。 毕高表示，虽然飞秒激光器的微型化有可能在未来十年内实现，但IBM、日立和其他公司目前均已对此项研究表现出浓厚的兴趣。