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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。 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。 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。 在實驗中，研究人員將兩個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。 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。 來源：科技日報 新型光子存儲讓網(wǎng)速更給力 據(jù)英國《自然》雜志網(wǎng)站2月27日（北京時間）報道，在互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)行進(jìn)的數(shù)據(jù)會在用于傳輸?shù)墓庑盘柧�和用于處理的電信號之間來回轉(zhuǎn)換，因此，容易擁堵網(wǎng)絡(luò)，成為制約網(wǎng)絡(luò)速度的一個瓶頸。現(xiàn)在，日本科學(xué)家研制出了能耗更少、數(shù)據(jù)保存時間更長的新型光子存儲設(shè)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。 日本電報電話公司（NTT）的科學(xué)家多年來一直在研究這樣的設(shè)備，但以前研制出的設(shè)備耗能太多且不能讓數(shù)據(jù)保存很長時間。而新存儲單元的能耗僅為30納瓦，是以前設(shè)備的三百分之一；且能讓數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)研究團隊負(fù)責(zé)人納富政彌（音譯）表示，1微秒已足以對數(shù)據(jù)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、300納米寬。科學(xué)家們在磷化銦上蝕刻了一些納米小洞，制造出了一個結(jié)構(gòu)，其僅能傳輸某些波長的光；通過該存儲單元中間的一條通路則沒有被蝕刻，以引導(dǎo)光進(jìn)出。當(dāng)特定波長的光照射在該存儲單元上時，磷化銦鎵砷的折射率會發(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(shè)備上閱讀信息或?qū)⑿畔懙焦庾哟鎯υO(shè)備上，并使用另一個激光器提供穩(wěn)定的背景光以幫助存儲單元維持其狀態(tài)。 接下來，他們將四個這樣的存儲單元整合在了同一塊芯片上。納富政彌表示，將一百萬個這樣的存儲單元結(jié)合在一起制造出的設(shè)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：“我們的第一個目標(biāo)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，我們希望取代高速計算機內(nèi)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(dǎo)體技術(shù)中心的主任常瑞華（音譯）教授對NTT研發(fā)出的設(shè)備表示興奮。她說：“互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)堵塞呈逐年上升的勢頭，用光子存儲單元進(jìn)行一些數(shù)據(jù)路由工作勢在必行。” 總結(jié)： 盡管半導(dǎo)體制造一直遵循著摩爾定律，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)的突破來確保量的提升時刻，否則云計算、物聯(lián)網(wǎng)等都將是沒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(dāng)前這些研究和突破看似瑣碎和渺小，卻是支撐戰(zhàn)略性新興信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。 來源：科技日報 |
