以色列理工学院(Technion)的博士生在极度狭小空间中,首次发现光子所产生的奇异行为效应,为量子纠缠的研究再添新篇章。
量子纠缠是一种奇特的现象,两个粒子以一种特殊的方式相互连结,即使它们之间相隔遥远,彼此的状态也会相互依存。对於纠缠的粒子来说,在被测量之前,其状态并未「决定」。一旦其中一个粒子的状态被测量,另一个粒子会立即做出反应,无论它们之间相隔多远。
而在光子研究中,特别是在奈米级环境中,光子展现出新的特性组合。科学家不再观察到独立的自旋和轨道角动量,而是处理将这些特徵合并为单一量子的总角动量。
大多数人想像光束自由地扩散,但这项实验将光子限制在比人类头发厚度千分之一还要小的结构中。这种限制迫使光的角动量分量以意想不到的方式重叠,改变了每个光子携带资讯的方式。这些观察结果可能为新型量子设备带来希??。
研究人员提出,总角动量纠缠可能实现比先前认为更紧凑的量子计算或通信链路的硬体。光子中的几种纠缠形式涉及不同的特性,例如方向、频率或偏振。相比之下,总角动量将许多特性合并为单一描述。
这种新结构的证据仅在研究人员测试光子对通过精心设计的奈米级通道後的行为时才浮现。实验结果暗示了与较大尺度环境中传统纠缠结构不同的关联性。
光子的技术是在构建更高效的设备,利用量子效应实现更快的计算或隐密的讯息交换。更小的组件可以在单个晶片上封装更多的操作,这与电子产品领域持续发展的趋势非常相似。
虽然一些量子方法侧重於已知的粒子属性,但这项研究表明,总角动量可能是一种尚未开发的资源。以色列理工学院科学家探索的微型系统可能提供新的方式来编码和处理数据,而无需占用大量空间。
进一步的研究可能会将这些发现转化为商业产品。许多专家预见,光子将在计算任务中取代电子,从而实现更快的速度和更低的散热。这种新的纠缠特性可能成为这个拼图中至关重要的一块。