漩渦能量   徹底改變量子計算的光子漩渦

編譯／高晟鈞

科學家們在量子計算中發現了一個奇特的現象，即當光子發生碰撞時竟然會產生漩渦，更神奇的是，這種特殊的漩渦還可以推進量子計算。

漩渦是一種普遍存在的自然現象，小至攪拌中的咖啡大至龍捲風、颱風，甚至是星系都能觀察到漩渦的存在。當空氣或水等快速移動的物質，遇到移動較慢的區域時，便會產生漩渦或渦流，形成一繞著固定軸進行的圓周運動。

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稠密氣體雲中的相互作用

而光子也具有「波」的特性，但光子間的相互作用只有在做為媒介的物質存在時才可能發生。針對此特性，研究團隊創造一個內部只含有銣原子的10公分玻璃容器來迫使光子相互作用，銣原子在瓶內緊密地堆積在容器中心，形成了一種小而緻密長約一毫米的氣體雲。

當光子穿過緻密的氣體雲時，它們會將許多原子發送到稱為「雷德堡態」的電子激發態，在這些狀態下，原子中的一個電子開始在比未激發原子直徑寬 1,000倍的軌道上移動。這個電子產生的電場會影響大量相鄰的原子，將它們變成一種類似「玻璃球」的存在。

此時，當兩個光子彼此相對靠近並通過玻璃球時，他們的移動速度會產生變化，連帶影響其波峰與波谷的位置。在量子計算中，由於光子間的影響，兩者波峰與波谷的位置完全相對於彼此並顛倒，這種現象被稱為180度相移。

光子漩渦的驚人行為

180度相移的現象隨著距離原子雲與彼此光子間的相對距離增加而更為明顯，反之則減弱。研究團隊還發現，兩個光子相距一定距離時，就會形成一對漩渦。在每一個漩渦中，光子都完成了 360 度的相移，並且在它們的中心幾乎沒有光子，就好像一個「光子漩渦」一樣。科學家發現，單一光子的存在會影響 50,000 個原子，進而影響第二個光子的運動。

目前，研究團隊正繼續努力將光子漩渦應用於量子計算的資訊處理。研究的下個目標將放在測量光子相互發射時，每個光子的相移，並根據相移的強度，將光子用作量子位元。

資料來源:ScitechDaily

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