當(dāng)兩個(gè)原子被放置在一個(gè)由反射鏡所包圍的小腔體中時(shí)，它們可以同時(shí)吸收一個(gè)光子。一個(gè)國(guó)際合作研究小組的研究人員發(fā)現(xiàn)，這一過程的相反過程也是有可能實(shí)現(xiàn)的，即兩個(gè)原子激發(fā)一個(gè)光子。根據(jù)這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)，這個(gè)過程可以被用來在量子電路或計(jì)算機(jī)中傳輸信息。

　　物理學(xué)家早就知道，一個(gè)原子可以同時(shí)吸收或發(fā)射兩個(gè)光子。這些雙光子，一個(gè)原子的過程被廣泛用于光譜學(xué)和用于制作在量子器件中使用的糾纏光子。然而，在意大利墨西拿大學(xué)的合作者Salvatore Savasta懷疑兩原子可以吸收一個(gè)光子。Savasta問他的博士生的時(shí)候，Luigi Garziano進(jìn)行了模擬過程。Garziano的仿真結(jié)果表明，這種現(xiàn)象是可能的，Savasta聽到這個(gè)消息后很興奮。

　　單個(gè)對(duì)兩個(gè)？

　　他們的模擬發(fā)現(xiàn)，當(dāng)含有原子的光腔的諧振頻率是單個(gè)原子的躍遷頻率的兩倍時(shí)，這種現(xiàn)象就發(fā)生了。例如，在一個(gè)空腔中，其諧振頻率是原子躍遷的三倍，三個(gè)原子可以同時(shí)吸收或發(fā)射一個(gè)光子。光腔的尺寸是由這個(gè)諧振頻率，這必須是一個(gè)駐波。根據(jù)研究人員的計(jì)算，兩原子會(huì)來回振動(dòng)的基態(tài)和激發(fā)態(tài)之間。事實(shí)上，原子將首先共同吸收光子，結(jié)束在他們的激發(fā)態(tài)，在共同發(fā)射一個(gè)單一的光子返回到他們的基態(tài)。循環(huán)將重復(fù)。此外，他們發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合吸收和發(fā)射可以發(fā)生在兩個(gè)以上的原子上。

　　量子開關(guān)

　　一個(gè)雙原子，一個(gè)光子的系統(tǒng)可以作為一個(gè)開關(guān)，在量子電路中傳送信息，Savasta說。一個(gè)原子作為量子比特編碼信息的基態(tài)和激發(fā)態(tài)的疊加。在空腔體之外傳遞信息，量子位元需要在腔體中傳遞的信息到光子。第二原子可以用來控制是否發(fā)送信息比特。如果第二原子的躍遷頻率調(diào)諧到腔的共振頻率的一半，兩個(gè)原子可以共同吸收和發(fā)射一個(gè)單一的光子，這將包含要發(fā)送的編碼信息。為了確保原子不重新吸收光子，通過施加外部磁場(chǎng)可以改變?cè)拥闹C振頻率。

　　Savasta的小組已經(jīng)開始尋找在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的理論預(yù)測(cè)基礎(chǔ)之上的合作者，即尋找實(shí)驗(yàn)可以用原子的進(jìn)行實(shí)際的實(shí)驗(yàn)，Savasta計(jì)劃使用人工原子：即擁有量子化的能級(jí)和類似原子狀態(tài)特性的超導(dǎo)體粒子，但其躍遷能量可以由實(shí)驗(yàn)者更容易調(diào)整。此外，控制真正的原子涉及昂貴的技術(shù)，而人造原子可以廉價(jià)地在固態(tài)芯片上制造?！罢鎸?shí)的原子只對(duì)原理實(shí)驗(yàn)的證明是好的，”他說。

　　Savasta預(yù)計(jì)，他們的合作者將在一年內(nèi)能夠成功地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?！拔覀冋J(rèn)為，特別是如果使用超導(dǎo)量子比特，這個(gè)實(shí)驗(yàn)是在現(xiàn)有技術(shù)范圍內(nèi)較好的，”他說。

　　據(jù)馬克斯普朗克加興量子光學(xué)研究所的Tatjana Wilk提醒道，她并沒有參與這項(xiàng)研究，她說，原子的激發(fā)態(tài)對(duì)于實(shí)際的量子器件的應(yīng)用可能不會(huì)持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間。