萊ene Vestergaard Hau 最喜歡的季節是仲夏節前夜，那時她故鄉丹麥的天空變成淡淡的金屬藍色，太陽只落下幾個小時。“它從來沒有真正變黑，”她在五月的一個陽光明媚的早晨在哈佛大學陽光明媚的辦公室裡說。“你有這些漫長而明亮的夜晚。那真是一年中最美好的時光。那是我在這裡真正懷念的事情。” Hau 在二十年前來到美國做博士後工作，躍入了物理學的新領域，點燃了另一個領域，並一直待在這裡，讓世界對光的性質有了不同的看法。
光速——在真空中為每秒 299,792,458 米——“是一個難以理解的高速，”Hau 說。“如果你能以某種方式將其馴服到人類水平，那將非常令人著迷。” 這正是這位 47 歲的物理學家所做的事情：她迫使光線緩慢移動、堆積並擠入一個微小的籠子，溫順地待在籠子裡，甚至消失，然後又在一定距離外重新出現。光線一直在減速：光子穿過水時減速到大約每秒 224,844,344 米，當它們撞擊不透明表面時，它們會停止並被消滅。但在 Hau 的工作之前，光速從未降至每秒 17 米，並且以同樣的方式被熄滅然後完整地復活。
由於光子傳播距離遠且速度快，且不會衰減，因此它們已成為開發量子計算機和改進光通訊的研究重點。Hau 的工作並非直接適用，因為她的實驗是在玻色-愛因斯坦凝聚態中展開的——玻色-愛因斯坦凝聚態是由超冷原子組成的簇，作為一個巨大的集體發揮作用。然而，她的研究觸及了使用光儲存和處理資訊的挑戰的根源。麻省理工學院的量子物理學家塞思·勞埃德說，透過停止光，“你正在儲存一個量子位元。從概念上講，它是一種新型的儲存單元。”
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Hau 於 2001 年獲得了麥克阿瑟獎學金，她並沒有計劃成為一名實驗物理學家。她的訓練是在理論方面，儘管在 1980 年代，在丹麥的家中，然後在日內瓦附近的歐洲核子研究中心，她研究了凝聚態物質。“在做這項工作時，我發現人們已經開始使用雷射冷卻原子到極低溫度的新技術，”她回憶道。 1988 年，Hau 前往美國會見研究人員、發表演講，並滿足“看看這個國家是否真的像電影裡那樣”的願望。她認為，確實如此：地大物博，汽車寬大，人們健談而開放。
Hau 的訪問地點之一是位於馬薩諸塞州劍橋市的 Rowland 研究所，這是一個小型非營利組織，五年前加入了哈佛大學。在那裡，她遇到了物理學家邁克爾·伯恩斯和 Jene A. Golovchenko；儘管他們兩人都沒有在這個新興領域工作，但他們都鼓勵她探索冷物質。“我本可以去一個更成熟的地方，但似乎那會太可預測了，”Hau 說。
Hau 著手設計一種在真空中持續供應鈉原子的方法。然後她開始將她的鈉原子冷卻到接近絕對零度，並在 1997 年仲夏節前夜，她製造出“一些非常大而肥胖的”玻色-愛因斯坦凝聚態。這種物質形式已被假設，但直到三位科學家（現在都是諾貝爾獎獲得者）在 1995 年成功製造出來之前，從未被創造出來。 Hau 打算使用光來探測這種新物種的特性，這時她決定使用凝聚態來玩弄光。 1999 年，在一個現在著名的發現中，Hau 將雷射照射到凝聚態上，導致光子在其中緩慢移動。“這是一個非常非常棘手的實驗，因為它正處於可能的邊緣，”她說。
發生的事情是這樣的：凝聚態包含鈉原子，這些鈉原子被磁場固定，並被“耦合”雷射照射，這使得凝聚態對特定頻率的光透明。當該頻率的光子，由“探測”雷射以短脈衝形式發射，撞擊凝聚態時，它們會觸發量子暗態。這意味著鈉原子進入疊加態——它們同時處於兩種能量狀態。當光子遇到這些原子時，它們會與原子糾纏在一起。光脈衝的前沿減速，後沿趕上，像手風琴一樣將光壓縮到 100 微米厚的凝聚態中。
以前曾透過實驗將光速減慢 165 倍（達到每秒 1,816,923 米左右），使用了 Hau 採用的透明技術。但斯坦福大學的 Stephen E. Harris 說，“透過觀察光速達到每秒 17 米，它推動了全球朝這個方向的努力”，他與 Hau 合作，並在 1990 年代初期首次展示了電磁感應透明度和使用它減慢光速。研究人員現在已經在熱氣體以及室溫下的晶體和半導體中減慢了光速。
減慢光速使 Hau 得以停止和啟動光速。 2001 年，她和她的同事關閉了耦合雷射器，發現凝聚態中的光脈衝消失了；然而，其特徵形狀、振幅和相位都印在了鈉原子上。當耦合雷射器重新開啟時，傳入的能量衝擊導致改變後的鈉原子發生能級躍遷，在此過程中釋放出一個相位和振幅與最初由探測雷射器傳送的脈衝完全相同的光脈衝。光攜帶著資訊進入，將該資訊傳遞給物質並消失。然後物質產生了具有相同資訊的光。“這就是我們在系統中保留資訊的方式。這不是一些你無法控制的隨機事物，”Hau 說。
今年，Hau 和她的實驗室的兩名成員 Naomi S. Ginsberg 和 Sean R. Garner 更進一步，在兩個凝聚態之間傳輸了光脈衝的特徵。他們將探測雷射器的脈衝傳送到第一個凝聚態中，正如預期的那樣，脈衝減速了。接下來，他們關閉了耦合雷射器。來自探測雷射器的光脈衝消失了，但在此之前，它已將其振幅和相位的相關資訊傳遞給了鈉原子。這些原子還具有來自光子碰撞的動量，這種動量推動它們離開了第一個凝聚態，穿過一個微小的間隙進入了第二個凝聚態。一旦原子（熄滅的光脈衝的物質副本）到達，耦合雷射器就會重新開啟；渴望加入第二個凝聚態的原子發生能級躍遷，釋放出相位和振幅與進入第一個凝聚態的光子完全相同的光子。
正如 Hau 和 Lloyd 指出的那樣，將光轉換成物質並再次轉換回來意味著可以處理量子資訊。“基本上，探測光將透過光纖遠距離攜帶量子資訊，”Hau 解釋說。“然後，如果你想對其做些什麼，你可以將其讀取到物質中。我們可以利用物質動力學來改變光學資訊。” 玻色-愛因斯坦凝聚態中的光相互作用也產生了意想不到的現象——例如，凝聚態中的龍捲風狀風暴有時像檯球一樣，彼此彈開，有時又會相互湮滅。“這完全是一個動物園，”Hau 興奮地說。“實驗顯示的比計算結果更詳細。”
Hau 的許多實驗使她今年再次錯過了仲夏節前夜的特殊藍色。但她將斯堪的納維亞風格帶到了她的新實驗室套間：牆壁是黃色和橙色，並且有大量淺色木材。“顏色非常重要，”她說。“顏色和光線，它們是你感受自己有多快樂的方式。” Hau 和詩人羅伯特·弗羅斯特似乎有相同的想法
“光才是最重要的
我不會進去，直到光熄滅
光不會熄滅，直到我進來。”