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科学家首次创造出:精确控制光子的伪磁力!能否像控制电子一样?

为了开发像量子计算机这样的未来技术,科学家们需要找到方法来控制光子,光子即光的基本粒子,就像科学家已经可以控制电子一样,电子是电子计算中的基本粒子。

为了开发像量子计算机这样的未来技术,科学家们需要找到方法来控制光子,光子即光的基本粒子,就像科学家已经可以控制电子一样,电子是电子计算中的基本粒子。不幸的是,光子远比电子更难操纵,电子对力的反应,就像孩子们都能理解的磁力一样简单。但现在,斯坦福大学领导的研究团队,首次创造了一种可以精确控制光子的“伪磁力”,其研究成果发表在《科学》期刊上。

在短期内,这种控制机制可以用来通过光缆发送更多的互联网数据。其研在未来,这一发现可能会促使基于光的芯片发明,这种芯片将提供比电子芯片更强大的计算能力。研究的第一作者、博士后学者阿维克·达特(Avik Dut)说:我们所做的是如此新奇,以至于可能性才刚刚开始成为现实。从本质上说,研究人员“欺骗”了本质上不具磁性相互作用的光子,使其表现出带电电子的行为。

研究通过发送光子通过精心设计的迷宫来实现这一点。这种方式使光粒子的行为,就像是受到科学家所称的“合成”或“人造”磁场作用。电气工程教授、这项研究背后的资深科学家范善辉(音译)说:我们设计的结构能够产生磁力,能够以可预测和有用的方式推动光子。虽然仍处于实验阶段,但这些结构代表了现有计算模式的进步,存储信息完全是为了控制粒子的可变状态。

科学家们通过打开和关闭芯片中的电子来创建数字0和1来做到这一点,使用磁性来控制光子的颜色(或能级)和自旋(无论它是顺时针还是逆时针方向)之间相互作用的芯片,会比简单的开关电子产生更多可变状态。这些可能性将使科学家能够在基于光子的设备上处理、存储和传输比今天使用电子芯片可能的更多数据。为了将光子带到产生这些磁效应所需的附近,斯坦福大学的研究人员使用了激光、光缆和其他现成的科学设备。

建造这些结构使科学家们能够推断出效果背后的设计原则。最终将不得不创造纳米级的结构,体现同样的原理来制造芯片。同时,已经找到了一种相对简单的新机制来控制光子,这是令人兴奋的。从超冷原子物理到光子学,创造合成维度已经引起了许多科学分支的极大热点。这样的能力为实现有效规范势和新颖的拓扑物理提供了一个通用平台,这些在实际系统中可能很难或不可能实现。

本研究还证明了结构化光学环腔可以支撑一个以上的合成维度。在调制下,谐振器内部的不同自由度耦合被用来合成两个额外维度,然后研究人员模拟许多通常与凝聚态系统相关的复杂物理现象。

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