當兩個原子被放置在一個由反射鏡所包圍的小腔體中時，它們可以同時吸收一個光子。一個國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現(xiàn)的，即兩個原子激發(fā)一個光子。根據(jù)這個研究團隊，這個過程可以被用來在量子電路或計算機中傳輸信息。

　　物理學家早就知道，一個原子可以同時吸收或發(fā)射兩個光子。這些雙光子，一個原子的過程被廣泛用于光譜學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的合作者Salvatore Savasta懷疑兩原子可以吸收一個光子。Savasta問他的博士生的時候，Luigi Garziano進行了模擬過程。Garziano的仿真結果表明，這種現(xiàn)象是可能的，Savasta聽到這個消息后很興奮。

　　單個對兩個？

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

　　量子開關

　　一個雙原子，一個光子的系統(tǒng)可以作為一個開關，在量子電路中傳送信息，Savasta說。一個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諧到腔的共振頻率的一半，兩個原子可以共同吸收和發(fā)射一個單一的光子，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，通過施加外部磁場可以改變原子的諧振頻率。

　　Savasta的小組已經(jīng)開始尋找在實驗室實驗產(chǎn)生的理論預測基礎之上的合作者，即尋找實驗可以用原子的進行實際的實驗，Savasta計劃使用人工原子：即擁有量子化的能級和類似原子狀態(tài)特性的超導體粒子，但其躍遷能量可以由實驗者更容易調整。此外，控制真正的原子涉及昂貴的技術，而人造原子可以廉價地在固態(tài)芯片上制造?！罢鎸嵉脑又粚υ韺嶒灥淖C明是好的，”他說。

　　Savasta預計，他們的合作者將在一年內能夠成功地進行實驗。“我們認為，特別是如果使用超導量子比特，這個實驗是在現(xiàn)有技術范圍內較好的，”他說。

　　據(jù)馬克斯普朗克加興量子光學研究所的Tatjana Wilk提醒道，她并沒有參與這項研究，她說，原子的激發(fā)態(tài)對于實際的量子器件的應用可能不會持續(xù)足夠長的時間。