研究人員已成功地使用微觀腔創建了有效的量子力學光物質界面。在該腔體內，單個光子被人造原子發射並吸收多達10次。巴塞爾大學和波鴻魯爾大學的物理學家在《自然》雜誌上報告說，這為量子技術開闢了新的前景。
量子物理學將光子描述為光粒子。由於原子的尺寸很小，因此實現單個光子和單個原子之間的相互作用是一項巨大的挑戰。但是，通過反射鏡將光子多次發送通過原子會顯著增加相互作用的可能性。
為了產生光子，研究人員使用了人造原子，稱為量子點。這些半導體結構由成千上萬個原子的累積組成，但行為卻非常像單個原子：當它們被光激發時，它們的能態發生變化，並發出光子。「但是，它們具有可以嵌入半導體晶片中的技術優勢，」在巴塞爾大學物理系進行實驗的Daniel Najer博士說。
量子點和微腔系統
通常，這些光粒子像燈泡一樣向各個方向飛散。然而，對於他們的實驗，研究人員將量子點放置在具有反射壁的空腔中。彎曲的鏡子來回反射發射的光子多達10,000次，從而導致光與物質之間的相互作用。
測量表明，單個光子被量子點發射和吸收多達10倍。在量子水平上，光子被轉換為人造原子的更高能態，此時將創建一個新的光子。而且這種情況發生得非常快，這在量子技術應用方面是非常理想的：一個周期僅持續200皮秒。
巴塞爾大學物理學系的Richard J. Warburton教授說，理論上很好地支持了能量量子從量子點到光子然後再返回的轉換，但是「以前從未如此清晰地觀察到這些振蕩」。 。
光與物質的串行相互作用
成功的實驗特別重要，因為自然界中沒有直接的光子-光子相互作用。但是，在量子信息處理中需要受控的交互作用。
通過根據量子物理學定律將光轉換為物質，單個光子之間的相互作用將變得間接可能—即，通過繞開光子與陷在量子點中的單個電子自旋之間的糾纏繞行。如果涉及多個這樣的光子，則可以通過糾纏的光子創建量子門。這是光子量子位產生中至關重要的一步，光子量子位可以通過光粒子的量子狀態存儲信息，並可以長距離傳輸它們。
國際合作
實驗是在光頻率範圍內進行的，對腔體的尺寸提出了很高的技術要求，腔體的尺寸必須適應波長和反射鏡的反射率，以使光子在腔體中的保留時間儘可能長。