哈嘍,大家好,我是小方,今天,我們主要來看看,科學家們最近如何給光裝上了一個神奇的“旋轉開關”,這個聽起來像科幻的進展,正把量子計算從實驗室的深冷柜推向我們未來的常溫生活。
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傳統的電子計算機用0和1存儲信息,而在更前沿的量子世界,科學家一直夢想用光子的旋轉方向(左旋或右旋)來編碼量子信息,這被稱為“谷自由度”,但過去有個大麻煩:這種旋轉信息在室溫下稍縱即逝,好比在沙灘上寫字,海浪一來就抹平了,為了留住它,設備不得不泡在接近絕對零度(零下270攝氏度左右)的液氦里,又貴又笨重,離實用很遠。
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最近,來自斯坦福大學和暨南大學的一支聯合團隊,終于找到了在室溫下“鎖住”光子旋轉信息的高明辦法,他們不再依賴笨重的制冷機,而是設計了一面特殊的“光子魔鏡”,這面“鏡子”其實是一個由單晶硅制成的精密納米結構陣列,上面每個小方塊都故意被切掉一角,形成一種特殊的手性光學模式(準束縛態)。
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當把這面“魔鏡”與只有原子層厚的二維材料二硒化鉬結合后,奇跡發生了:用普通光照射,材料在室溫下發出的光,會穩定地傾向于某一種旋轉方向,圓偏振純度達到了0.5,創下了同類器件的室溫新紀錄,這相當于給了光一個穩定的“記憶”。
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這項突破厲害在哪?簡單說,它掃清了谷電子學走向實用的一大障礙——溫度。團隊核心成員潘峰博士指出,這是首次在室溫下實現對光子自旋與電子自旋耦合的有效調控。
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這意味著,未來基于此原理的量子光源、光通信芯片或傳感器,有可能做得像手機芯片一樣小巧,而且能在日常環境中穩定工作,能耗和成本都將大幅下降。
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這項技術的潛力遠不止于理論,研究團隊已經提出了更宏大的設想:如果能在此基礎上,通過電場約束等技術創造出量子受限的激子,就可能制造出按需發射、偏振方向可控的量子單光子源。
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這種光源是構建安全量子通信網和光量子計算機的理想部件,更進一步,如果能實現光與物質更強的手性耦合,甚至有望將發光的圓偏振純度推向接近100%,徹底“鎖死”光的旋轉信息。
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想象一下,不遠的將來,數據中心里高速運算的光模塊,或連接城市的量子保密通信網絡,其核心部件可能就源于這項讓光在室溫下“記住”旋轉方向的技術,光的左旋和右旋,將在數字世界的底層扮演起關鍵角色。
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