如何讓光子交互作用？

Photon-transistors for the supercomputers of the future
http://www.physorg.com/news107357370.html

August 26, 2007

哥本哈根大學 Niels Bohr 研究所與哈佛大學的科學家已經研究出一種新的理論，該理論描述未來的量子電腦所需具備的電晶體該如何創造。這項研究剛在 Nature Physics 科學期刊上發表。

量子電腦是研究者的夢想。不過這裡有幾個嚴肅的難題需要解決，電晶體就是其中之一，那是處理訊號的系統。

在今日，訊號是種電流。對於量子電腦來說，訊號可以是光學的，而且只用單一光子就能運作，這是光線的最小組成。

"為了要運作，光子必須相遇並且「談話」，而光子很少在一起交互作用，" Anders Sondberg Sorensen 表示，他是哥本哈根大學 Niels Bohr 研究所的量子物理學家。他解釋，光線不具備「星際大戰」裡面那種功能，在其中絕地武士們以光劍比試，而且可讓光劍相交。這純然是不可能發生的虛構事實。當二道光線碰在一起並且相交，這二道光線只會立刻穿過彼此（go right through each other）。這稱為線性光學。

他想要對非線性光學的光做什麼事呢？這表示在其中的光子會彼此碰撞，而且可以影響彼此。這在實踐上很難辦到。光子如此之小，以致於某個光子可能永遠無法擊中另一個。除非有某人能控制它們 -- 而這就是 Anders Sorensen 所發展出來的理論。

並不是從兩個不同的方向將光子射出，然後試著讓它們彼此互撞，相反的，他想要讓一個原子當作仲介物。這個原子只能吸收一個光子（這是物理學定律）。如果你現在將二個光子引導至一個原子，那麼光子將會撞到原子。這就是他所想要的。

然而，原子十分微小且很難撞擊到，所以光子得要精確對焦。在一項先前的實驗中，研究者發現微波可經由超導奈米線（superconducting nano-wire）聚焦在一個原子上。他們認為相同的構想能夠發生在可見光上。

這個理論性模型證明它有效。原子靠近奈米線。二個光子朝著原子送去，當它們撞擊到它，交互作用就在它們之間產生，其中一個將資訊傳授給另一個。資訊是以位元的方式傳送，那不是數字○就是一，數字的次序就能夠產生訊息（今日我們能以光纖傳送資訊，每一個位元都是由數百萬個光子構成。）。在量子光學當中，每個位元只不過是一個光子。光子現在收到它的訊息，然後訊號繼續前進。這又朝量子電腦用的光子電晶體的建構邁進一步。

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