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近日，瑞士蘇黎世聯邦理工學院和德國馬克斯•普朗克研究所的科學家用單個光子激發單個分子，實現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，由單個發射器進行信息處理的進一步研究鋪平了道路。相關研究結果發表在《物理評論快報》雜志上。 過去20年，科學家已證明能探測到單個分子，也能生成單光子。然而，單個分子發現并吸收單光子的幾率很低，由光子激發分子仍難以捉摸，因而通常需要每秒釋放數十億光子來轟擊分子，才能從中獲得一個信號。規避這一物理學難題的一般方式是，在原子周圍構建一個腔洞，使光子能夠長久囚禁其中，以保持兩者良好的互動幾率。 而此次實驗的挑戰之一，就是獲取具有適當頻率和帶寬的單光子來源。科研小組利用了一個事實：當一個原子或分子吸收單光子時，它將過渡到激發態。在幾納秒后，激發態將衰變為最初的基態，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合空間。為了生成單光子，單個分子將從“源頭”樣本中激發而出。當分子的激發態衰變時，放射出的光子將緊緊聚集于距離幾米之外的另一個“目標”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分子進行有效地互動。 科學家表示，這是兩個量子光學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百納米。這通常意味著大多數的入射光都會環繞分子進行運動，而無需“看見”對方。然而，如果入射光子與分子的量子力學過渡產生共鳴，在這個過程中，分子可像天線一般發揮作用，抓住其附近的光波。 來源：科技日報 新型光子存儲讓網速更給力 據英國《自然》雜志網站2月27日（北京時間）報道，在互聯網內行進的數據會在用于傳輸的光信號線和用于處理的電信號之間來回轉換，因此，容易擁堵網絡，成為制約網絡速度的一個瓶頸。現在，日本科學家研制出了能耗更少、數據保存時間更長的新型光子存儲設備，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，有望讓互聯網變得更快速高效。研究發表在《自然•光子學》雜志上。 日本電報電話公司（NTT）的科學家多年來一直在研究這樣的設備，但以前研制出的設備耗能太多且不能讓數據保存很長時間。而新存儲單元的能耗僅為30納瓦，是以前設備的三百分之一；且能讓數據保存1微秒，是以前250納秒的4倍。該研究的主要作者、NTT光子納米結構研究團隊負責人納富政彌（音譯）表示，1微秒已足以對數據進行處理。 為了制造出這些光子存儲器，科學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。科學家們在磷化銦上蝕刻了一些納米小洞，制造出了一個結構，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，以引導光進出。當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備上閱讀信息或將信息寫到光子存儲設備上，并使用另一個激光器提供穩定的背景光以幫助存儲單元維持其狀態。 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合在一起制造出的設備能耗僅為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：“我們的第一個目標是用這些存儲單元制造出網絡路由器或服務器中的存儲器；接著，我們希望取代高速計算機內的隨機存取存儲器。” 加州大學伯克利分校電子工程與計算機科學系納米光電導體技術中心的主任常瑞華（音譯）教授對NTT研發出的設備表示興奮。她說：“互聯網數據堵塞呈逐年上升的勢頭，用光子存儲單元進行一些數據路由工作勢在必行。” 總結： 盡管半導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，這種提升空間已經接近極限。信息工業的發展，到了必須依靠質的突破來確保量的提升時刻，否則云計算、物聯網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展方向，尋找新材料和新理論成為了突破口，當前這些研究和突破看似瑣碎和渺小，卻是支撐戰略性新興信息產業的基礎。 來源：科技日報 |
