中微子-光子相互作用：科学家揭开粒子物理学的神秘面纱

中微子-光子相互作用：科学家揭开粒子物理学的神秘面纱石川说："我们的研究成果对于理解一些最基本的物质粒子的量子力学相互作用非常重要。它们还可能有助于揭示太阳和其他恒星中目前鲜为人知的现象的细节"。中微子是最神秘的基本物质粒子之一。由于中微子几乎不与其他粒子发生任何相互作用，因此极难对其进行研究。它们呈电中性，几乎没有质量。然而，它们的数量却非常丰富，大量的中微子不断从太阳中流出，穿过地球，甚至穿过我们自己，却几乎没有任何影响。了解更多有关中微子的信息，对于检验和完善我们目前对粒子物理学（即标准模型）的理解非常重要。日全食，日冕清晰可见。"在正常的'经典'条件下，中微子不会与光子发生相互作用，"石川解释说，"然而，我们已经揭示了中微子和光子如何能够在极大规模的均匀磁场中发生相互作用--大到103千米--这种磁场出现在恒星周围被称为等离子体的物质形态中。等离子体是一种电离气体，这意味着它的所有原子都获得了或多或少的电子，使它们成为带负电或正电的离子，而不是地球上日常条件下可能出现的中性原子。"弱电霍尔效应及其影响研究人员所描述的相互作用涉及到一种名为"电弱霍尔效应"的理论现象。这是电与磁在极端条件下的相互作用，自然界的两种基本力--电磁力和弱作用力--在此融合为弱电。这是一个理论概念，预计只适用于早期宇宙的极高能条件或粒子加速器的碰撞中。研究得出了这种意想不到的中微子-光子相互作用的数学描述，即拉格朗日。它描述了有关该系统能量状态的所有已知信息。石川健三，该研究的第一作者和通讯作者。图片来源：SohailKeeganPinto石川说："除了有助于我们理解基础物理学之外，我们的研究还可能有助于解释日冕加热之谜。这是一个由来已久的谜团，它涉及太阳最外层大气--日冕--的温度远高于太阳表面温度的机制。我们的工作表明，中微子和光子之间的相互作用释放出能量，使日冕升温"。石川在总结发言中表达了他们团队的愿望："我们现在希望继续我们的工作，寻找更深入的见解，特别是在这些极端条件下中微子和光子之间的能量转移"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1383901.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1383901.htm

研究人员发现利用量子光探测量子声音的开创性方法

研究人员发现利用量子光探测量子声音的开创性方法最近发表在《物理评论快报》（PhysicalReviewLetters）杂志上的一项研究揭示了分子振动与光粒子（即光子）之间的量子力学相互作用。希望这一发现能帮助科学家更好地理解光与物质在分子尺度上的相互作用。量子效应在从新量子技术到生物系统等各种应用中的重要性的基本问题铺平了道路。UEA物理学院的马格努斯-博格（MagnusBorgh）博士说："化学物理学界对光粒子的能量在分子内传递过程的性质长期存在争议。从根本上说，它们是量子力学还是经典力学？分子是复杂而混乱的系统，不断振动。这些振动如何影响分子中的任何量子力学过程？""对这些过程的研究通常使用依赖偏振的技术--这与太阳镜中用于减少反射的光的特性相同。但这是一种经典现象。量子光学是研究光的量子性质及其与原子尺度物质相互作用的物理学领域，它的技术可以提供一种直接研究分子系统中真正量子效应的方法。"光子相关性在量子行为中的意义通过研究置于激光场中的分子发出的光的相关性，可以揭示量子行为。相关性回答了两个光子发射距离很近的可能性有多大的问题，并可使用标准技术进行测量。UEA理论化学博士生本-汉弗莱斯（BenHumphries）说："我们的研究表明，当分子与周围环境交换声子（量子力学的声音粒子）时，会在光子相关性中产生可识别的信号。"虽然光子在世界各地的实验室中都能被常规地产生和测量，但单个的量子振动，也就是相应的声音粒子--声子，一般无法进行类似的测量。新发现为研究分子中的量子声音世界提供了一个工具箱。首席研究员、UEA化学学院的加思-琼斯（GarthJones）博士说："我们还计算了光子和声子之间的相关性。他补充说："如果我们的论文能够启发人们开发新的实验技术，直接探测单个声子，那将是非常令人兴奋的。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392893.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1392893.htm

研究人员让电磁波在突破性实验中相互作用

研究人员让电磁波在突破性实验中相互作用纽约市立大学ASRC的研究人员发现了一种操纵光子的方法，从而可以利用量身定制的超材料使光子发生碰撞和相互作用。这一突破将为电信、光学计算和能源应用带来重大进展。(光子在时间界面上碰撞的示意图）资料来源：纽约市立大学研究生中心高级科学研究中心AnnaUmana突破及其基础这一突破发生在纽约市立大学研究生中心杰出教授、爱因斯坦物理学教授、纽约市立大学ASRC光子学计划创始主任AndreaAlù的实验室里。它建立在最近另一项演示电磁波时间反射的实验基础之上。"我们的工作建立在一系列实验的基础上，这些实验显示了我们如何能够创造出具有独特性能的超材料，这些性能来自于其电磁特性的突然时间变化。这些变化使我们能够以自然界中从未见过的方式操纵波的传播，"Alù解释说。"这项最新工作表明，我们可以利用量身定制的超材料（称为时间界面）中的突然时间变化，使波像大质量物体一样发生碰撞。我们还能控制波在碰撞过程中是交换能量、获得能量还是失去能量。"波与光子的碰撞通常情况下，当两个电磁波相交时，它们会直接穿过对方，而不会发生相互作用。这与两个大质量物体（如两个球）相互碰撞时发生的情况截然不同。在后一种情况下，粒子发生碰撞，它们的机械特征决定了能量在碰撞中是保留、损失还是增加。例如，当两个台球相撞时，系统中的总能量是守恒的，而当两个橡胶球相撞时，它们通常会在碰撞中损失能量。虽然光子在没有任何相互作用的情况下会相互穿过，但通过触发时间界面，科学家们能够展示出强烈的光子-光子相互作用，并控制碰撞的性质。研究小组的工作灵感来自于这样一种猜测，即是否有可能通过向海啸或地震波投掷另一种类似的波来抵消它，从而消除不想要的机械波（如海啸或地震波）。"虽然这种结果在传统的波物理学中是不可能实现的，但我们知道原则上时空超材料是可以实现的，"阿卢实验室的博士后、该研究的主要作者埃马努埃莱-加里菲（EmanueleGaliffi）说。"我们的实验让我们能够在电磁波中证明这一概念。"应用与未来工作科学家们还提出并演示了将他们的概念应用于通过相互碰撞来塑造电磁脉冲的方法。阿卢实验室的博士后研究员、论文的共同第一作者徐根玉阐述道："这项技术允许我们使用额外的信号作为模具，来雕刻我们感兴趣的脉冲结构。我们已经在无线电频率上证明了这一点，现在我们正努力在更高频率上实现这种雕刻能力。"该团队努力开发的方法可以决定传播的电磁波如何相互作用和相互塑造，这将为无线通信、成像、计算和能量收集技术等领域的进步带来益处。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1377529.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1377529.htm

研究人员利用电子和空穴自旋实现了精确的量子比特控制和相互作用

研究人员利用电子和空穴自旋实现了精确的量子比特控制和相互作用巴塞尔大学在量子比特技术方面取得的进展为可扩展量子计算带来了希望，它利用电子和空穴自旋实现了精确的量子比特控制和相互作用。全世界的研究人员都在探索各种量子比特技术，对实用量子计算机的追求正如火如荼地进行着。尽管做出了大量努力，但对于哪种类型的量子比特最能最大限度地发挥量子信息科学的潜力，人们仍未达成共识。量子比特是量子计算机的基础。它们负责处理、传输和存储数据。有效的量子位必须可靠地存储和快速处理信息。这就要求外部系统能够准确控制大量量子比特之间稳定、迅速的相互作用。当今最先进的量子计算机只有几百个量子比特。这就限制了它们执行传统计算机已经能够完成的计算，而且往往能更高效地完成。要想推动量子计算的发展，研究人员必须找到一种在单个芯片上容纳数百万量子比特的方法。电子和空穴为了解决数千个量子比特的排列和连接问题，巴塞尔大学和NCCRSPIN的研究人员依靠一种利用电子或空穴自旋（固有角动量）的量子比特。空穴本质上是半导体中缺失的电子。空穴和电子都具有自旋，可采用两种状态之一：向上或向下，类似于经典比特中的0和1。与电子自旋相比，空穴自旋的优势在于它可以完全由电子控制，无需在芯片上安装微型磁铁等额外元件。两个相互作用的空穴自旋量子比特。当一个空穴（洋红色/黄色）从一个位点隧穿到另一个位点时，它的自旋（箭头）会因所谓的自旋轨道耦合而旋转，从而导致周围气泡所描述的各向异性相互作用。资料来源：NCCRSPIN2022年，巴塞尔物理学家证明，现有电子设备中的空穴自旋可以被捕获并用作量子比特。这些"FinFET"（鳍式场效应晶体管）内置于现代智能手机中，并通过广泛的工业流程生产出来。现在，安德烈亚斯-库尔曼（AndreasKuhlmann）博士领导的团队首次成功地在这种装置中实现了两个量子比特之间可控的相互作用。量子计算机需要"量子门"来执行计算。量子门"代表着操纵量子比特并将它们相互耦合的操作。研究人员在《自然-物理》杂志上报告说，他们能够将两个量子比特耦合起来，并根据其中一个量子比特的自旋状态，使另一个量子比特的自旋发生受控翻转--这就是所谓的受控自旋翻转。"孔自旋使我们能够创建既快速又高保真的双量子比特门。"库尔曼说："现在，这一原理还使我们有可能将更多的量子位对耦合在一起。"两个自旋量子比特的耦合基于它们之间的交换相互作用，这种相互作用发生在两个静电相互作用的无差别粒子之间。令人惊奇的是，空穴的交换能不仅在电学上是可控的，而且具有很强的各向异性。这是自旋轨道耦合的结果，意味着空穴的自旋状态受其空间运动的影响。为了在模型中描述这一观察结果，巴塞尔大学和NCCRSPIN的实验物理学家和理论物理学家联手合作。库尔曼说："各向异性使得双量子比特门成为可能，而无需在速度和保真度之间进行通常的权衡。基于空穴自旋的量子比特不仅可以利用硅芯片久经考验的制造工艺，还具有高度的可扩展性，并在实验中被证明是快速和稳健的。这项研究强调，这种方法在开发大规模量子计算机的竞赛中大有可为。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432321.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432321.htm

量子纠缠光子在波士顿街道下飞行了35公里

量子纠缠光子在波士顿街道下飞行了35公里访问：NordVPN立减75%+外加3个月时长另有NordPass密码管理器就像我们所熟知的互联网一样，量子网络通过光--这里是量子纠缠光子--来发送信息。但是，它们需要"中继器"，以防止这些光子像光通常所做的那样发生长距离散射，而且中继器必须能够在不破坏光子纠缠和修改信息的情况下发送光子。本次演示中部署的量子链路图。携带与量子存储器纠缠的量子信息的光子穿过剑桥和波士顿的多个街区，行程超过35公里，然后返回哈佛大学，在另一个实验室中将其纠缠转移到另一个存储器上。哈佛大学和AWS称，这些实验节点利用钻石中的空腔"捕获光线并迫使其与量子存储器相互作用"。这些节点可以利用现有的纳米加工技术批量生产。在实验过程中，研究小组将一个量子比特编码成一个光子，并将其从哈佛大学实验室的量子存储器上弹出。以下是文档摘录：当光子与量子存储器相互作用时，它就会与存储器纠缠在一起--这意味着对光子或存储器进行的测量都会提供对方的状态信息（从而修改对方的状态）。然而，光子并没有被测量（从而提取信息），而是经过量子频率转换，从可见光频率（量子存储器工作的频率）转换到电信频率（光纤中的损耗最小的频率）。然后，（现在是电信频率的）光子在地下光纤网络中来回穿梭，最后返回哈佛大学，并在那里被转换回可见光频率。最后，光子从第二个存储器弹出后，被送往一个探测器，探测器会记录光子的存在，但不会显示光中包含的任何潜在量子信息。然后，光子从可见光频率转换为电信频率，再反弹到不同的实验室，从而完成旅程。AWS称，早期实验显示，量子纠缠光子的传输距离超过35公里。纠缠光子的存储时间超过一秒，该公司称这"足以让光传播30多万公里"，足以绕地球7.5圈。网络中使用的设备示意图。位于一个光子设备（左下）内的SiV与光子纠缠，光子穿过电信光纤（上），然后与位于不同位置（右）的量子存储器相互作用。最终，两个空间上分离的量子存储器之间产生了纠缠。能源部解释说，量子网络与量子计算的原理相同，都是利用光子的量子态来携带信息。量子网络的实验已经进行了一段时间了，但还没有人制造出完全商业化的版本。AWS表示，在其量子网络具备可扩展性和商业可行性之前，还需要进行更多改进。到目前为止，它的速度还很慢，而且一次只能发送一个量子存储器。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1431207.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1431207.htm

量子幽灵：原子对某些频率的光变得透明了

量子幽灵：原子对某些频率的光变得透明了艺术家对激光冲击光腔中的原子的可视化描述。科学家们发现了一种被称为"集体诱导透明"（CIT）的新现象，即原子组在某些频率下停止反射光线。该研究小组通过将镱原子限制在一个光腔中并将它们暴露在激光下发现了这种效果。在某些频率下，出现了一个透明的窗口，光可以不受阻碍地绕过腔体。资料来源：EllaMaru工作室"我们从来不知道这种透明窗的存在，"加州理工学院的安德烈-法拉昂（BS'04）说，他是威廉-L-瓦伦丁应用物理和电子工程教授，也是4月26日发表在《自然》杂志上的有关这一发现的论文的共同通讯作者。"我们的研究主要成为一个寻找原因的旅程"。对透明窗的分析指出，它是腔体中原子组和光之间相互作用的结果。这种现象类似于破坏性干扰，即来自两个或更多来源的波可以相互抵消。原子组不断地吸收和重新发射光，这通常会导致激光的反射。然而，在CIT频率下，从一个组中的每个原子重新发射的光会产生一个平衡，导致反射率下降。共同主要作者、加州理工学院的研究生MiLei说："一个强烈耦合到同一光场的原子集合体可以导致意想不到的结果。"该光学谐振器的长度仅为20微米，包括小于1微米的特征，是在加州理工学院的Kavli纳米科学研究所制造的。"通过传统的量子光学测量技术，我们发现我们的系统已经达到了一个未曾探索过的体系，揭示了新的物理学，"该论文的共同第一作者，研究生RikutoFukumori说。除了透明现象，研究人员还观察到，与单个原子相比，原子集合可以更快地吸收和发射激光，或者更慢，这取决于激光的强度。这些过程被称为超辐射和亚辐射，由于有大量的相互作用的量子粒子，它们的基本物理学仍然不为人所知。共同通讯作者JoonheeChoi说："我们能够监测和控制纳米级的量子力学光-物质相互作用，"他曾是加州理工学院的博士后学者，现在是斯坦福大学的助理教授。尽管这项研究主要是基础性的，并扩大了我们对神秘的量子效应世界的理解，但这项发现有可能在某一天帮助铺平道路，使信息存储在强耦合原子的集合体中，从而实现更高效的量子记忆。法拉昂还致力于通过操纵多个钒原子的相互作用来创造量子存储。物理学教授和罗森伯格学者曼努埃尔-恩德雷斯说："除了记忆，这些实验系统提供了关于开发未来量子计算机之间的连接的重要见解。"他是该研究的共同作者。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357653.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1357653.htm