哈喽,大家好,我是小方,今天,我们主要来看看,科学家们最近如何给光装上了一个神奇的“旋转开关”,这个听起来像科幻的进展,正把量子计算从实验室的深冷柜推向我们未来的常温生活。
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传统的电子计算机用0和1存储信息,而在更前沿的量子世界,科学家一直梦想用光子的旋转方向(左旋或右旋)来编码量子信息,这被称为“谷自由度”,但过去有个大麻烦:这种旋转信息在室温下稍纵即逝,好比在沙滩上写字,海浪一来就抹平了,为了留住它,设备不得不泡在接近绝对零度(零下270摄氏度左右)的液氦里,又贵又笨重,离实用很远。
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最近,来自斯坦福大学和暨南大学的一支联合团队,终于找到了在室温下“锁住”光子旋转信息的高明办法,他们不再依赖笨重的制冷机,而是设计了一面特殊的“光子魔镜”,这面“镜子”其实是一个由单晶硅制成的精密纳米结构阵列,上面每个小方块都故意被切掉一角,形成一种特殊的手性光学模式(准束缚态)。
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当把这面“魔镜”与只有原子层厚的二维材料二硒化钼结合后,奇迹发生了:用普通光照射,材料在室温下发出的光,会稳定地倾向于某一种旋转方向,圆偏振纯度达到了0.5,创下了同类器件的室温新纪录,这相当于给了光一个稳定的“记忆”。
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这项突破厉害在哪?简单说,它扫清了谷电子学走向实用的一大障碍——温度。团队核心成员潘峰博士指出,这是首次在室温下实现对光子自旋与电子自旋耦合的有效调控。
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这意味着,未来基于此原理的量子光源、光通信芯片或传感器,有可能做得像手机芯片一样小巧,而且能在日常环境中稳定工作,能耗和成本都将大幅下降。
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这项技术的潜力远不止于理论,研究团队已经提出了更宏大的设想:如果能在此基础上,通过电场约束等技术创造出量子受限的激子,就可能制造出按需发射、偏振方向可控的量子单光子源。
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这种光源是构建安全量子通信网和光量子计算机的理想部件,更进一步,如果能实现光与物质更强的手性耦合,甚至有望将发光的圆偏振纯度推向接近100%,彻底“锁死”光的旋转信息。
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想象一下,不远的将来,数据中心里高速运算的光模块,或连接城市的量子保密通信网络,其核心部件可能就源于这项让光在室温下“记住”旋转方向的技术,光的左旋和右旋,将在数字世界的底层扮演起关键角色。
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