據物理學家組織網4月19日報道，美國佐治亞理工學院的物理學家利用激光從超冷的銣原子氣體云內激發(fā)單個原子，開發(fā)出了一種能快速、有效創(chuàng)建單光子的新方式，并有望應用于光量子信息處理之中。相關研究結果發(fā)表在當日出版的《科學快訊》（《科學》雜志快速在線版）上。

      這套新的單光子系統(tǒng)為研究原子的糾纏態(tài)和自旋波等提供了“肥沃的土壤”?？蒲腥藛T能相當高效地將里德伯激發(fā)轉化為單光子，隨時獲取所需的狀態(tài)，速度可比現(xiàn)有系統(tǒng)快近千倍。

      里德伯原子是指一個價電子被激發(fā)到高量子態(tài)的高激發(fā)原子。其價電子離原子實很遠，能級結構類似于氫原子。為了獲取里德伯原子，研究人員利用激光照射數百個密集的銣87原子。它們都被激光所冷卻，并被限制在光學晶格中。激光照射將使單個原子從銣原子氣體云中轉化為接近電離的里德伯態(tài)。原子處于這種高度激發(fā)的狀態(tài)時，將在10微米至20微米的范圍內，與其他里德伯原子發(fā)生強烈的相互作用。通過修改單個里德伯原子的能量水平并在其周圍保有相應的空間，可阻止額外的原子被轉化為里德伯態(tài)。

      一旦高度激發(fā)的原子被制成，科學家便可利用額外的激光場將激發(fā)轉化為具有同樣統(tǒng)計屬性的量子光場。由于場由單個里德伯原子生成，其只包含一個光子，這可被用于多種協(xié)議之中，對于量子信息系統(tǒng)等領域的研究也十分重要。研究人員表示，在首次實驗中，生成的單光子的性能已超過了其他類型的單光子。隨著效率和生產率的進一步提升，以及和“長壽的”量子存儲器的融合，這一單光子來源或可實現(xiàn)光量子的信息處理。

      下一步，研究團隊將致力開發(fā)兩個光場之間的光子量子閘。如若成功，將支持他們制成原子和光的復雜糾纏態(tài)，這將為量子網絡和量子計算添加寶貴的性能。