研究人員上週宣佈，他們減慢了微弱的雷射脈衝，並在將其加速後從該光中檢索到了影像。原則上，這種“慢光”技術可能被用於構建一種用於光訊號的“交通停止”裝置，稱為光緩衝器，它將比將光束轉換為電訊號更便宜、更強大、更快速。量子光學研究員、研究小組負責人約翰·豪厄爾說，這就是國防部高階研究計劃局 (DARPA)，國防部的一個部門，要求羅切斯特大學的一個小組探索這項技術的原因。
因此，豪厄爾自然感到困惑的是，一些媒體關注了報告的一個方面：整個影像不知何故是由單個光子（光的最小單位）產生的。“很多人對單光子感到興奮，”他說。
羅切斯特大學的一份宣告稱，豪厄爾的團隊使用單個脈衝的光製作了他們的影像。對於那些熟悉量子物理學基本原理的人來說，這種說法至少可以說是奇怪的。“更瞭解這一點的人想知道我們是如何從光子中測量影像的——而我們並沒有，”豪厄爾說。那麼，故事的真相是什麼呢？
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考慮一下著名的雙縫干涉實驗，其中，單個光子束被射過螢幕上一對相鄰的縫隙（狹縫）。只要研究人員不試圖確定每個光子正在透過哪兩個狹縫，穿過螢幕的光就會產生所謂的衍射圖案，即明暗相間的斑點。
雙縫干涉實驗表明，光子在某種意義上可以“感知”到兩個狹縫，就像波同時穿過兩個狹縫一樣。像波一樣，每個單獨的光子都從螢幕向外傳播，散開並攜帶整個衍射圖案——但這並不意味著每個光子在撞擊遠處的牆壁時都會產生整個衍射圖案的微弱影像。相反，每個光子只落在一個點上，許多光子共同創造了這個圖案。
這項新技術的工作原理類似。該小組製備了平均包含少於一個光子的微弱光脈衝。（這是可能的，因為這些脈衝各自都處於疊加態，即量子態的混合；豪厄爾說，有些脈衝不包含任何光子，而另一些脈衝包含一個光子。）
研究人員將這些脈衝穿過“UR”首字母的模板，並射入一個裝滿熱銫蒸氣的四英寸長腔體，銫蒸氣對光起到了阻力作用，使其減速。從這個腔體出來後，脈衝擊中了單個針尖位置的四平方毫米區域。
每個脈衝都擊中了模板在光脈衝中刻出的“UR”形狀中的某個區域。但是，生成整個影像需要多達 1 億個脈衝，部分原因是單光子探測器必須在整個探測區域上來回掃描，正如 1 月 26 日出版的《物理評論快報》中所述。
豪厄爾說，人們可以將光子想象成射向目標的子彈狀圓柱體，只是每個圓柱體的直徑為兩到三毫米，長度可達一米。當圓柱體穿過模板時，撞擊到不透明材料的部分會被吸收，不再代表光子可能被測量的位置。
“這就像你把培樂多彩泥穿過那些模板之一一樣，”豪厄爾說。就像培樂多彩泥一樣，每個穿過模板的脈衝都攜帶整個“UR”形狀，但是，與雙縫衍射圖案一樣，一個光子在被探測到時不會產生整個影像。
豪厄爾說，該實驗首次證明，光緩衝或光延遲可以可靠地傳輸二維資訊——在本例中是影像。他說，透過光纖傳送的資訊型別通常是沿著脈衝的長度編碼的。
豪厄爾說，目前，光緩衝是一種“沒有釘子的錘子”，這意味著它的確切應用尚不清楚。但他補充說，“我對此感到非常興奮。我正在尋找一些真正值得努力的方向。”
Graham P. Collins 對本文亦有貢獻。