鱼眼镜头的镜头可能纠缠双原子|麻省理工学院的新闻

时间:2018-09-06 04:01来源: 作者: 点击:
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近150年前, 物理学家詹姆斯。麦克斯韦提出一个圆形透镜是厚的中心, 在边缘逐渐变薄, 应该表现出一些有趣的光学行为。 即, 当光照射到这样的镜头, 它应该周游在完美的圆圈, 创建极不寻常的, 弯曲的光路径。

他还指出,这样的镜头, 至少从广义上讲, 像一条鱼的眼睛。 设计的镜头配置他已经在物理学中称为麦克斯韦’年代鱼眼镜头的镜头——一个理论构造仅略类似于商用鱼眼镜头的照相机和望远镜的镜头。

现在麻省理工和哈佛大学的科学家首次研究这种独特的, 理论从量子力学的角度透镜, 看到镜头中的单个原子和光子的行为。 在周三发表的一项研究物理评论一个, 他们报告说,独特的配置鱼眼镜头的镜头使其指导单个光子通过镜头, 在这样一种方式对原子进行缠绕, 即使在相对较长的距离。

纠缠是一种量子现象中,一个粒子的特性是有联系的, 或相关, 与另一个粒子, 即使在巨大的距离。 这个团队’年代的研究结果表明,鱼眼镜头的镜头可能是一个有前途的汽车卷入原子和其他量子比特, 这是必要的设计量子计算机的构建块。

“我们发现鱼眼镜头的镜头已经没有其它二维设备, 这是维护卷入大距离的能力吗, 不只是两个原子, 但对于多个对遥远的原子,” 第一作者Janos采尔说, 麻省理工学院的研究生’物理系。 “纠缠和连接各种量子比特可以真正游戏的名称在推动量子力学和试图找到应用程序。”

该小组还发现,鱼眼镜头的镜头, 与最近的声明, 不会产生一个完美的形象。 科学家们认为麦克斯韦’鱼眼镜头的可能的候选人 “完美的镜头” ——一个镜头可以超越衍射极限, 这意味着它可以聚焦光小于光’年代的波长。 这个完美的成像, 科学家预测, 应该产生无限的分辨率的图像和极端清晰。

然而, 通过一个模拟建模光子的行为鱼眼镜头的镜头, 在量子级别, 采尔和他的同事们得出的结论是,它不能产生一个完美的形象, 最初的预测。

“这告诉你有这些限制在物理真的很难打破,” 采尔说。 “即使在这个系统, 这似乎是一个完美的候选人, 这个极限似乎遵守。 或许完美成像仍可能与其他的鱼眼睛, 更复杂的方法, 但不像最初提议。”

采尔’年代的合作者在纸上是彼得和米哈伊尔·鲁金从哈佛大学。

一个圆形的路径

麦克斯韦是第一个意识到光能够旅行完美的圆圈内的鱼眼镜头的镜头,因为镜头的密度变化, 与材料厚中间,向边缘逐渐变薄。 密集的一个材料, 光通过它越慢。 这解释了光的效果当稻草放在一个玻璃半满的水。 因为水是如此多的密度比空气上面, 光突然移动更慢, 弯曲它穿过水和创建一个图像看起来好像稻草是脱节的。

理论的鱼眼镜头的镜头, 不同的密度更渐进和分布在一个循环模式, 以这样一种方式,它曲线,而弯曲光线, 指导光完美的圆圈内的镜头。

2009年, 乌尔夫·莱昂纳特, 以色列魏茨曼科学研究所的物理学家正在研究麦克斯韦的光学特性’鱼眼镜头的镜头和发现, 当光子释放通过镜头从单个点声源, 光在完美的圆圈通过镜头和收集在一个点在另一端, 很少的光损失。

“没有多余的光线偏离的方向,” 采尔说。 “一切都是一个完美的轨迹, 和所有的光会在同一时间在同一位置。”

莱昂纳特, 在报道他的结果, 一个简短的提到是否鱼眼镜头的镜头’ 单点集中可能有用的相互纠缠的双原子透镜的两端。

“米哈伊尔·[鲁金]问他是否算出了答案, 他说他没有’t,” 采尔说。 “那’我们如何开始这个项目,并开始深入了解如何卷入鱼眼镜头的镜头内的操作工作。”

光子打乒乓球

调查的量子势鱼眼镜头的镜头, 研究人员模拟了镜头作为最简单的系统, 两个原子组成的, 一个二维的一个两端鱼眼镜头的镜头, 和一个光子, 针对第一个原子。 使用量子力学的建立方程, 团队跟踪光子在任何给定的时间点在镜头中, 和计算这两个原子的状态及其能级。

他们发现,当单个光子是通过镜头照的, 一端是暂时被原子吸收的镜头。 然后循环通过镜头, 第二个原子的精确的另一端镜头。 这第二个原子瞬间吸收光子通过镜头,然后再把它寄回来, 的光收集准确的第一个原子。

“光子是来回反弹, 和原子基本上是打乒乓球,” 采尔说。 “最初只有一个原子的光子, 然后另一个。 但在这两个极端之间, 在那里’年代,他们两人的。 它’这种纠缠的量子力学的想法令人兴奋, 光子是完全两个原子之间的平均分担。”

采尔说光子能够纠缠原子由于独特的几何鱼眼镜头的镜头。 镜头’ 密度分布以这样一种方式,它指导光在一个完美的循环模式,甚至会导致单个光子间来回两个精确点沿着圆形路径。

“如果光子就飞走了四面八方, 本不存在’t是任何纠缠,” 采尔说。 “但是,鱼眼镜头的给这完全控制光线, 所以你有一个纠缠系统长距离, 这是一个宝贵的量子系统,您可以使用。”

他们增加的大小鱼眼镜头的镜头在他们的模型中, 原子仍然纠缠, 即使在相对较大的距离几十微米。 他们还注意到,, 即使一些光逃过了镜头, 原子能够分享足够的光子’年代能源继续纠缠。 最后, 因为他们把更多的双原子透镜, 彼此相反的, 连同相应的光子, 这些原子同时也成为纠缠。

“您可以使用鱼眼缠绕多个双原子, 这是很有用,并承诺什么,” 采尔说。

可疑的秘密

在建模中光子和原子的行为鱼眼镜头的镜头, 研究人员还发现,, 光收集在另一端的镜头, 这样做在一个面积比光子的波长’年代的光, 这意味着镜头可能不能制造一个完美的形象。

“我们可以精确地问这个问题在这个光子交换, 什么’年代现货的大小的光子被想起? 我们发现它’与光子的波长, 而不更小,” 采尔说。 “完美的成像将意味着它将专注于一个无限锋利的地方。 然而, 这不是我们的量子力学计算给我们看。”

展望未来, 他们希望与实验测试他们观察到的量子行为建模。 事实上, 在他们的论文中, 该小组还简要提出了一种设计方法实验量子纠缠的鱼眼镜头的镜头。

“鱼眼镜头的镜头仍有它的秘密, 和显著的物理埋在它,” 采尔说。 “但现在它’年代出现在量子技术这镜头可以真正有用的卷入遥远的量子位, 这是建筑的基本构建块任何有用的量子计算机和量子信息处理设备。”

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文章关键词: 一个 光子 原子 眼镜 镜头

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