【科技资讯】量子计算的新途径——人类首次实验上同时观察到光的波粒二象性
[据澳大利亚spacedaily网站2015年3月3日报道] 量子力学告诉我们：光可以同时表现波粒二象性。然而，人类迄今为止还从未在实验上同时拍摄到光的波粒二象性；最多我们能看到光波动性和或粒子性，但总是在不同时间。
通过采用完全不同以往的实验方法，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的科学家们第一次从实验上同时拍摄到光波粒二象性的快照。这项突破性研究成果发表在《自然通讯》杂志上。
当紫外光线照射金属表面时，它导致电子发射。阿尔伯特 爱因斯坦这样解释“光电效应”：光原本认为仅仅是一种波，其实它也是一束粒子流。虽然各种实验已经成功观察到了光的波动性和粒子性行为，但是它们从未被同时观测到。
研究经典效应的新方法
EPFL的Fabrizio Carbone领导的一个研究小组，利用一个巧妙的方法完成了一项实验：使用电子来使光成像。研究人员有史以来第一次，获得光同时表现出波粒二象性的单个快照。
实验这样设置的： 一束激光脉冲照射在微小的金属纳米线上。激光使纳米线中的带电粒子能量增加，引起它们振动。
光沿着这根小小的纳米线在两个可能的方向上传输，就像公速路上的汽车。当沿相反方向传输的光波相遇时，它们会形成驻波（stand wave）。这里，驻波成为实验的光源，在纳米线周围辐射。
实验的巧妙之处在于：科学家们在纳米线附近发射一束电子流，利用它们来使光的驻波成像。因为电子与限制在纳米线中的光相互作用，因此，电子会加速或减速。利用超快显微镜对电子速度发生变化的位置成像，Carbon的团队现在可以使这个作为光波动性指纹的驻波可视化。
这种现象说明光的波动性，同时它也证明了光的粒子性。当电子在很接近光驻波的地方传输时，它们与光粒子，即光子发生碰撞。
如上文所述，这会影响电子的速度，使它们移动得更快或更慢。这种速度变化表现为电子和光子之间能量“包”（量子）的交换。这些能量包之间的交换，表明纳米线中的光是一种粒子。
Fabrizio Carbone说：“这项实验有史以来第一次证明，我们可以直接拍摄量子力学及其矛盾属性。”
此外，这项开创性工作的重要性在于它可以扩展基础科学到未来技术。正如Carbone解释说：“能够像这样在纳米尺度对量子现象进行成像和控制，开辟了迈向量子计算的新途径。”
（来源：国防科技信息网，来源：姚保寅）
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