光学玻色-爱因斯坦凝聚的新相位提高量子通信的可能性

在波恩大学(University of Bonn)教授Martin Weitz的带领下，研究人员观察到了光学玻色-爱因斯坦凝聚中以前未知的相变。状态称为过阻尼相位，它可能与加密量子通信相关。波恩大学应用物理研究所的博士生、这一发展研究的主要作者 Fahri Emre Öztürk 说："如果合适的量子力学纠缠状态发生在耦合光凝聚中，这对在多个参与者之间的量子传输加密信息来说会很有趣。"最初由Weitz发现的光学玻色-爱因斯坦凝聚是一种由几千个单一光粒子组成的"超级光子"。大约10年前，Weitz和他的团队产生了极端的聚合状态。这个系统中的粒子不再可区分，主要处于相同的量子力学状态：它们表现为单个"超级粒子"，可称为单波函数。这个系统通常只在非常低的温度下形成。

右侧是一个显微镜的物镜，它用于观察和分析来自谐振器发射的光。波恩大学Gregor Hübl供图。

这种方法至今仍在使用：光粒子被困在一个由两个弯曲的镜子组成的谐振器中，两面镜子相距仅一微米多。镜子反射出一束快速返回的光束，空间中充满了用于冷却光子的液体染料溶液。这是由于染料分子"吞噬"光子，然后重新发射出来，将它们匹配到染料溶液温度的结果。该方法中使用的半透明镜会造成光子丢失和更换，从而产生不平衡状态。没有这种平衡，系统无法保持一定的温度，这使它成为振荡。这会在振荡相和阻尼（减振幅振动）相之间创建一个过渡。"我们观察到过阻尼相位与光场的新状态相对应，可以这么说，" Öztürk 说。其决定性特征是，激光的效果通常不会因相位转换而与玻色-爱因斯坦凝聚分离，并且这两种状态之间没有明确的界限，这意味着物理学家可以在效应之间不断来回转换。

Weitz说："然而，在我们的实验中，光学玻色-爱因斯坦凝聚的过阻尼状态通过从振荡状态和标准激光的相位过渡来分离。这表明，玻色爱因斯坦凝聚是存在的，与标准激光相比，这的确是一个不同的状态。换句话说，我们正在处理光学玻色-爱因斯坦凝聚的两个独立相位。"在未来的工作中，研究人员计划利用他们的发现作为基础，在多个耦合光凝聚中寻找光场的新状态，这也可能发生在系统中。

这项研究发表在《Science》上(www.doi.org/10.1126/science.abe9869).

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