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00013版:人文·好奇

把光留住

  张娜 陈宁

  光,有色彩,有明暗,它像一只神奇的上帝之手,将世界的形形色色呈现在我们眼前。在我们日常生活中,它无处不在,却又变幻莫测,时而以海市蜃楼,绚烂烟花展现“张扬”,时而以点滴萤火,平湖倒影保持“低调”。

  光跑得很快,一秒钟可以跑出去近30万公里,相当于“滴答”一声就绕着赤道跑了7圈半,当然,这是在真空中。而近年来,越来越多的科学家对“怎么拦住光”产生了浓厚兴趣,甚至想方设法要让光停住,并且停得更久。

  就在不久前,德国达姆施塔特大学研究人员成功地让光停住并储存了60秒。

  拦住光不仅是科学家的大胆挑战,它关系到未来计算机数据的存储、传输和处理。

  为了满足社会对高速、保密、大容量的通讯及计算的需求,“量子计算机”应运而生,遗憾的是,目前它还处在“玩具”阶段。

  在研发量子计算机的漫漫长路上,“量子中继器”始终是一块“硬骨头”。什么是“量子中继器”?国际标准化组织曾制定了一个“OSI”模型,这个模型将网络通信工作像彩虹蛋糕一样分成了7层,而“量子中继器”就是其中物理层上的连接设备。同时,它也是“量子通讯”这一高效安全的新型通讯方式的急需品,有了它,网络信号就可以传输得更远,从而实现量子通讯的“长跑”,简单点说,它就是一个信号放大器。

  如果科学家们能成功将光拦截、储存再释放,并将这一技术顺利用于“量子中继器”的研制,那么未来计算机中的佼佼者——量子计算机,也将实现从“玩具”到“工具”的跨越。

  要让光跑得慢一点,并不容易。1999年,一个国际科研小组利用一种超低温原子云为“介质”,成功地使光在其中的传播速度降低到真空中的2000万分之一,最低时达到每秒17米,但这个速度,仍然快到世界上跑得最快的飞人都追不上。

  2001年,美国哈佛大学两个研究小组同时宣布,他们各自找到了勒住光的“缰绳”,终于让光停住了。这根 “缰绳”,实际上就是施加了激光后的超低温原子云构成的介质。同样是这种介质,为何施加了激光后有这么大的改变?科学家分析,关键就在于,激光束能提高介质的折射率,从而使得光速大大降低,最终变为零。

  而这种短暂到以毫秒计算的停留,当然不能勒住科学家们继续探索的思想之马。2005年,澳大利亚科学家在《物理评论通讯》上报告说,他们成功将光束“冻结了”1秒钟,远远超过此前最长1毫秒的纪录。光由光子构成,这次,科学家就利用一种新型光“陷阱”来捕捉光子。所谓“陷阱”,其实就是储存光子的一种固态晶体,再掺上一种“镨”的稀有元素后,光束就被牢牢困住了一秒钟。

  8年过后,科学家们同样利用晶体、低温、激光照射等几个要素,终于为光争取到了一分钟的“歇息”时间。不过,要让这一技术运用到现实世界中的计算机上,还需要攻克室温下如何储存光、如何传输等难题。

  下一次,我们可以和光,来一次多久的约会呢?


浙江日报 人文·好奇 00013 把光留住 2013-08-07 3127202 2 2013年08月07日 星期三