當(dāng)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(tuán)隊，這個過程可以被用來在量子電路或計算機(jī)中傳輸信息。

　　物理學(xué)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(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光子。Savasta問他的博士生的時候，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聽到這個消息后很興奮。

　　單個對兩個？

　　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(jié)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(fù)。此外，他們發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合吸收和發(fā)射可以發(fā)生在兩個以上的原子上。

　　量子開關(guān)

　　一個雙原子，一個光子的系統(tǒng)可以作為一個開關(guān)，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(diào)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(yù)測基礎(chǔ)之上的合作者，即尋找實驗可以用原子的進(jìn)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(dǎo)體粒子，但其躍遷能量可以由實驗者更容易調(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地在固態(tài)芯片上制造。“真實的原子只對原理實驗的證明是好的，”他說。

　　Savasta預(yù)計，他們的合作者將在一年內(nèi)能夠成功地進(jìn)行實驗。“我們認(rèn)為，特別是如果使用超導(dǎo)量子比特，這個實驗是在現(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，她并沒有參與這項研究，她說，原子的激發(fā)態(tài)對于實際的量子器件的應(yīng)用可能不會持續(xù)足夠長的時間。