科學(xué)家實現(xiàn)單分子間的信號傳送

據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，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)家用單個光子激發(fā)單個分子，實現(xiàn)了兩個單分子間的信號傳送。在實驗中，可讓單個分子模擬光頻，將單光子流傳遞給相距數(shù)米的另一個分子，如同兩個站點(diǎn)之間的無線電通訊。這為開展以單光子作為量子信息載體，由單個發(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(jié)果發(fā)表在《物理評論快報》雜志上。 V^ Y*xZ  
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過去20年，科學(xué)家已證明能探測到單個分子，也能生成單光子。然而，單個分子發(fā)現(xiàn)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(shù)十億光子來轟擊分子，才能從中獲得一個信號。規(guī)避這一物理學(xué)難題的一般方式是，在原子周圍構(gòu)建一個腔洞，使光子能夠長久囚禁其中，以保持兩者良好的互動幾率。 H-m`Dh5{  
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而此次實驗的挑戰(zhàn)之一，就是獲取具有適當(dāng)頻率和帶寬的單光子來源。科研小組利用了一個事實：當(dāng)一個原子或分子吸收單光子時，它將過渡到激發(fā)態(tài)。在幾納秒后，激發(fā)態(tài)將衰變?yōu)樽畛醯幕鶓B(tài)，并放射出單個光子。 VlV)$z_  
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在實驗中，研究人員將兩個嵌入有機(jī)晶體之中的熒光分子樣本冷卻至零下272攝氏度。每個樣本中的單個分子都能由光譜選擇結(jié)合空間。為了生成單光子，單個分子將從“源頭”樣本中激發(fā)而出。當(dāng)分子的激發(fā)態(tài)衰變時，放射出的光子將緊緊聚集于距離幾米之外的另一個“目標(biāo)”樣本之上。為了保證樣本中的單個分子能夠“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目標(biāo)分子進(jìn)行有效地互動。 bCt_yR  
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科學(xué)家表示，這是兩個量子光學(xué)天線之間長距離通訊的首個例子。單個分子一般大小為1納米，而聚集的光束卻不能小于數(shù)百納米。這通常意味著大多數(shù)的入射光都會環(huán)繞分子進(jìn)行運(yùn)動，而無需“看見”對方。然而，如果入射光子與分子的量子力學(xué)過渡產(chǎn)生共鳴，在這個過程中，分子可像天線一般發(fā)揮作用，抓住其附近的光波。