近日，《Scientific Reports》上報(bào)道了一種先進(jìn)技術(shù)，通過(guò)使用激光干涉儀替代飛秒激光器來(lái)測(cè)量樣本響應(yīng)外部電磁場(chǎng)的時(shí)間。
據(jù)了解，此次新研究是由國(guó)際研究小組與莫斯科國(guó)立大學(xué)的科學(xué)家們一起開(kāi)發(fā)，新研究通過(guò)分析透過(guò)樣本的量化光來(lái)替代飛秒激光器和復(fù)雜的檢測(cè)系統(tǒng)。一般的，在研究物質(zhì)中的相互作用和過(guò)程中，通過(guò)使用飛秒激光產(chǎn)生飛秒單位時(shí)間測(cè)量樣本響應(yīng)外部電磁場(chǎng)時(shí)間，用外部電磁場(chǎng)的時(shí)間來(lái)區(qū)分物質(zhì)成分。
然而在測(cè)量樣本響應(yīng)外部電磁場(chǎng)的時(shí)間研究中，研究設(shè)備的價(jià)格過(guò)于昂貴。如果激光器只是一個(gè)低單脈沖能量的超快振蕩器，十幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)完全可以買(mǎi)到。但如果是高單脈沖能量的超快放大激光器，那成本就高了，比如飛秒放大器（需包括飛秒振蕩器，展寬器，放大器，壓縮器），兩三百萬(wàn)屬平均水平，這只是單純的激光器價(jià)格。在測(cè)量樣本響應(yīng)外部電磁場(chǎng)時(shí)間中，除了激光器，還有復(fù)雜的檢測(cè)系統(tǒng)，整體研究設(shè)備過(guò)于昂貴。并且，研究所用的產(chǎn)生飛秒單位時(shí)間飛秒激光器在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于激光器本身較高的功率，還有可能毀害測(cè)量樣本。
新研究：普通激光器取代飛秒激光裝置區(qū)分物質(zhì)成分
圖為莫斯科國(guó)立大學(xué)研發(fā)的干涉儀。援引：Elizaveta Melik-Gaikazyan
該研究中，研究人員使用普通激光器產(chǎn)生單光子來(lái)研究樣本。通過(guò)搭建一個(gè)簡(jiǎn)單的干涉儀組成，可以準(zhǔn)確測(cè)量光的干涉。在組合光路中，非線性晶體位于激光路徑上。晶體中產(chǎn)生的一對(duì)糾纏光子以一定角度飛離。量子糾纏由兩個(gè)或兩個(gè)以上的獨(dú)立粒子組成, 它們的物理性質(zhì)相互關(guān)聯(lián), 以致無(wú)法獨(dú)立描述每個(gè)粒子的量子態(tài)。所以，研究人員將測(cè)試樣本放置在干涉儀的一個(gè)臂內(nèi)。使糾纏對(duì)中的一個(gè)光子穿過(guò)它并撞擊分束器，在那里它遇到穿過(guò)第二臂的另一個(gè)光子。光子落在兩個(gè)探測(cè)器中的一個(gè), 它們對(duì)單個(gè)光子產(chǎn)生反應(yīng)。這樣可以構(gòu)建一個(gè)環(huán)路——如果兩個(gè)光子都進(jìn)入相同的檢測(cè)器，偶然性為零；如果他們?nèi)チ瞬煌奶綔y(cè)器，偶然性為一。當(dāng)兩臂之間的延遲變得完全相同時(shí)，將發(fā)生量子干涉，即偶然性完全消失，因?yàn)楣庾佑肋h(yuǎn)不會(huì)同時(shí)落在兩個(gè)探測(cè)器上。
如果樣本設(shè)置在光子路徑中，量子干涉的模式將開(kāi)始改變。在這種情況下，進(jìn)入分離器的糾纏光子對(duì)比沒(méi)有樣本的情況下變得不那么“一致”。因此兩個(gè)探測(cè)器上的光子接收統(tǒng)計(jì)量發(fā)生了變化，通過(guò)統(tǒng)計(jì)變化，研究人員可以判斷所研究物質(zhì)中相互作用的性質(zhì)。
研究人員表示，這種分析未知物質(zhì)的新方法可用于化學(xué)、生物學(xué)和材料科學(xué)。并且在創(chuàng)建量子計(jì)算機(jī)時(shí)，或者在嘗試了解如何在信息技術(shù)中使用量子光時(shí)，這可能是一項(xiàng)非常有用的技術(shù)。
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