芬創資訊：試想一下，在一間黑暗的房間內(nei) ，你打開兩(liang) 個(ge) 手電筒，讓它們(men) 發出的光束相互交叉。會(hui) 觀察到什麽(me) 奇特的現象嗎？答案是：並不會(hui) 。這是因為(wei) 構成這兩(liang) 束光的光子之間通常不會(hui) 相互作用，隻會(hui) 彼此擦身而過。

但有沒有可能通過某種方法，讓光子像普通物質中的原子那樣產(chan) 生互相吸引或排斥的相互作用呢？事實上，在一篇剛發表在《科學》雜誌的論文中，由麻省理工的物理學教授Vladan Vuletic 和哈佛大學的 Mikhail Lukin 教授領導的研究小組證明，光子確實可以相互作用！他們(men) 觀察到光子會(hui) 粘在一起形成一種全新的光子物質。這意味著兩(liang) 束光在相遇時會(hui) 合並成一束明亮的光。這一發現為(wei) 光子在量子計算機中的應用開辟了一條新的道路！

　　越來越大

過去，Vuletic 和 Lukin一直在尋找能促使光子相互作用的理論和實驗方法。2013年，多年的努力終於(yu) 得到回報——他們(men) 的團隊首次觀察到一對光子相互作用並結合在一起的現象，從(cong) 而產(chan) 生了一種全新的物質狀態。

我們(men) 都知道氧原子可以結合形成O₂和O₃（臭氧），卻不能形成O₄；對有些原子來說，甚至無法形成三粒子分子。因此Vuletic和Lukin想知道光子間的相互作用是否可以發生在超過兩(liang) 個(ge) 光子之間。這也是這項研究的目標。

為(wei) 了弄清楚這個(ge) 問題，他們(men) 用了與(yu) 觀察雙光子間相互作用相同的實驗方法。步就是將銣原子雲(yun) 冷卻至僅(jin) 比絕對零度高百萬(wan) 分之一的超低溫度，這樣能使原子減速到幾乎停滯。然後研究人員將一束非常微弱的激光打向這團“靜止”的原子雲(yun) ，這一激光束微弱到讓每次穿過原子雲(yun) 的光子數量都非常有限。

○ 實驗裝置

之後，研究人員再對從(cong) 原子雲(yun) 的另一邊出來的光子進行測量，發現了光子能以成對和成三聯體(ti) 的形式流出，而不是像單個(ge) 光子間彼此毫無關(guan) 係那樣，以隨機的間隔離開原子雲(yun) 。這說明有某種作用——即吸引力——在它們(men) 之間產(chan) 生了。

在通常情況下，光子是沒有質量、且以30萬(wan) 公裏每秒的速度（即光速）傳(chuan) 播的；但是被束縛在一起的光子實際上會(hui) 獲得一小部分的電子質量，使它們(men) 的速度相對較慢，比普通非相互作用的光子的傳(chuan) 播速度慢大約10萬(wan) 倍。

除此之外，為(wei) 了追蹤光子的數量和速率，研究人員還測量了光子通過原子雲(yun) 前後的相位。光子的相位表明它的振蕩頻率，我們(men) 可以從(cong) 中得知它們(men) 相互作用的強烈程度。相位越大，它們(men) 之間的束縛就越強。研究小組觀察到，當三光子粒子同時離開原子雲(yun) 時，光子的相位發生了偏移，並且是雙光子情況下相位偏移的三倍。這意味著這些光子並非隻在各自獨立的相互作用，而是一同發生了強烈地相互作用。

難忘的相遇

之後，在基於(yu) 物理原理的基礎上，研究人員用一個(ge) 假設來解釋可能導致光子初相互作用的原因。在假設模型中他們(men) 提出了這樣的情景：當單光子穿過銣原子雲(yun) 時，會(hui) 短暫地落在它附近的原子上，再“跳”到另一個(ge) 原子上，這就如同花叢(cong) 中飛舞的蜜蜂，在不同的花朵間跳躍，直到抵達花叢(cong) 的另一端。

如果另一光子也同時穿過原子雲(yun) ，那麽(me) 它也可以在某個(ge) 銣原子上停留一些時間，形成一個(ge) 電磁極化子（polariton）——一個(ge) 部分是光子、部分是原子的混合體(ti) 。這樣兩(liang) 個(ge) 電磁極化子就可以通過它們(men) 的原子部分相互作用。在原子雲(yun) 的邊緣，原子所處的位置保持不變，而離開的光子則仍然結合在一起。相同的現象發生在三個(ge) 相連的光子身上時，形成的束縛比雙光子之間還要更強。

Vuletic 說：“有趣的是這種三光子真的形成了。在此之前我們(men) 並不知道與(yu) 雙光子相比，三光子間的束縛是否是相同、更弱還是更強。”

原子雲(yun) 內(nei) 的整個(ge) 相互作用發生在百萬(wan) 分之一秒以內(nei) 。這種短暫的相互作用卻能讓光子緊密的結合在一起，即便它們(men) 已經離開了原子雲(yun) 。這個(ge) “故事”中精彩的部分是，光子會(hui) “記得”當它通過介質時，介質中發生的事情。

這意味著在這種情況下通過吸引力相互作用的光子，可以被認作是強相關(guan) 或糾纏的——而這正是量子計算比特的關(guan) 鍵屬性。

Vuletic說：“光子可以在很遠的距離內(nei) 快速傳(chuan) 播，人們(men) 一直在用光來傳(chuan) 輸信息，比如光纖。如果不同的光子可以相互影響，那麽(me) 像我們(men) 已經成功做到的那樣——把這些光子糾纏在一起，就能讓它們(men) 以非常有趣且有用的方式來分配量子信息。”

如果，相互作用的光子數目能夠繼續增加，那麽(me) 定將產(chan) 生更加有用甚至如科幻般的應用。

下一步，團隊將尋找方法來強製其他相互作用的發生，例如能讓光子像台球一樣四散開來的斥力。Vuletic說：“這是個(ge) 完全新穎的研究領域，我們(men) 甚至不知道對將發生的現象該抱有怎樣的期待。對於(yu) 光子間的斥力，它們(men) 是否能形成一個(ge) 規則的圖樣——如同一個(ge) 光的晶體(ti) 那樣？還是會(hui) 發生其他事情？這都是完全未知的領域。”