“超光速”脈沖光的制成方法

短脈沖光到達時，通常是呈現(xiàn)為某種對稱曲線，統(tǒng)計學上就像一個鐘形曲線。這個曲線的最前緣不能超過光速，但主體隆起部分，也就是脈沖的峰值，可以向前或向后傾斜，到達時會比通常的速度或快或慢。

利用四波混頻，研究人員發(fā)送200納秒長的“種子”脈沖激光，進入加熱的光電元件，其中包含原子銣氣相，以及單獨的“泵”光束，具有不同的頻率，都是來自種子脈沖。這種氣相可放大種子脈沖，轉(zhuǎn)移峰值，使向前傾，這樣，它就可超過光速。同時，有光子來自射入的光束，會與氣相相互作用，產(chǎn)生第二個脈沖，這個脈沖稱為“共軛”，這是因為它與種子脈沖的數(shù)學關(guān)系。它的峰值的傳播也可以加快或放慢，這取決于激光如何調(diào)諧，以及增益介質(zhì)的內(nèi)部狀況。

美國國家標準與技術(shù)研究院(NIST：National Institute of Standards and Technology)的研究人員開發(fā)出一種新穎的方法，可制成“超光速”脈沖光，在某種意義上，它們的傳播速度比光更快。這項技術(shù)稱為四波混頻(four-wave mixing)，可重塑部分光脈沖，使它們提前到達某個地方，這個地方是它們本來會到達的，就是在它們未經(jīng)改變穿過真空時也會到達。這種新方法可用于改善通信信號的定時，也可用于探討量子關(guān)聯(lián)傳播。他們的成果4月26日發(fā)表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)，題為《激發(fā)生成超光速光脈沖采用四波混頻》(Stimulated Generation of Superluminal Light Pulses via Four-Wave Mixing)。

根據(jù)愛因斯坦的狹義相對論，光在真空中傳播具有普遍的速度限制。沒有任何信息可以比光傳播得更快。

但還有一個漏洞。短脈沖光到達時，通常是呈現(xiàn)為某種對稱曲線，統(tǒng)計學上就像一個鐘形曲線。這個曲線的最前緣不能超過光速，但主體隆起部分，也就是脈沖的峰值，可以向前或向后傾斜，到達時會比通常的速度或快或慢。

最近的實驗產(chǎn)生了“無信息”( uninformed)的超光速脈沖，是因為放大脈沖的前緣，減弱或切斷它的后端。這種方法產(chǎn)生了很大的噪音，明顯沒有大幅增加速度。四波混頻產(chǎn)生了更干凈，噪音更少的脈沖，可以更大地提高速度，這是因為“重新定相”( re-phasing)或重新排列構(gòu)成脈沖的光波。

利用四波混頻，研究人員發(fā)送200納秒長的“種子” 脈沖激光，進入加熱的光電元件，其中包含原子銣(rubidium)氣相，以及單獨的“泵”光束，具有不同的頻率，都是來自種子脈沖。這種氣相可放大種子脈沖，轉(zhuǎn)移峰值，使向前傾，這樣，它就可超過光速。同時，有光子來自射入的光束，會與氣相相互作用，產(chǎn)生第二個脈沖，這個脈沖稱為“共軛”( conjugate)，這是因為它與種子脈沖的數(shù)學關(guān)系。它的峰值的傳播也可以加快或放慢，這取決于激光如何調(diào)諧，以及激光的內(nèi)部狀況。

在實驗中，脈沖峰到達時快了50納秒，這是對比光在真空中傳播而言。

有一個直接的應用，這個小組研究這種系統(tǒng)，就是想用于量子不和諧。量子不和諧是從數(shù)學上定義可共享量子信息的兩個相關(guān)系統(tǒng)，在這種情況下，就是種子脈沖和共軛脈沖。通過測量快速光束和參考光束之間的量子不和諧，研究小組希望確定，這種超速光如何用于傳輸和處理量子信息。

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