让我们假设你被允许蒙上德国足球明星蒂莫·维尔纳的眼睛，让他在自己的轴线上转几圈，然后你让他瞎开枪，他击中目标的可能性极小。尽管如此，波恩的物理学家们还是在类似的情况下取得了90%的分数。然而球员比德国球星斯特里克要小100亿倍，而且更难以预测。研究人员用激光照射的是一个铷原子。原子吸收了辐射能量，进入了激发态。它的寿命是固定的。原子随后释放吸收的能量，通过发射光粒子：光子。这个光子飞行的方向纯属巧合，然而当铷被放置在两个平行的镜像之间时，就会发生变化，因为原子更喜欢朝其中一个镜像射击。
这四颗透镜围绕着谐振器，用于聚焦维持谐振器中原子的激光束并观察原子。图片：Miguel Martinez-Dorantes / University of Bonn
博科园–科学科普：在提莫·维尔纳的例子中，这就像是进球神奇地吸引了球。这种现象被称为珀塞尔效应。它的存在是在几十年前被发现的。波恩大学应用物理研究所的Wolfgang Alt博士解释说：我们现在已经用珀塞尔效应来研究中性原子对光子的定向发射。人们对珀塞尔效应很感兴趣，部分原因是它使所谓的量子中继器的构建成为可能。它们是长距离传输量子信息所必需的。虽然可以将光子置于某种量子状态并通过光导将其发送出去，但这只能在有限的距离内完成;对于更远的距离，信号必须被缓冲。
中继器传递量子信息
在量子中继器中，光子被引导到一个原子，这个原子吞掉它，从而转变为另一种状态。当用激光束读取脉冲时，原子会再次吐出光粒子。存储的量子信息被保留。发射出的光子现在必须被收集并反馈到一个光向导中。但当光子以随机方向释放时，这就很困难了。我们已经成功地利用珀塞尔效应迫使光子进入两个镜子之间的路径。
图为两根玻璃纤维(上中心)。它们的末端被反射性地覆盖，形成一个所谓的谐振器。在它们之间插入铷原子，在激发之后，它主要向镜子(以及玻璃纤维)的方向辐射光子。镜子的直径只有0.1毫米。图片：Jose Gallego / University of Bonn
我们现在已经制作了一个部分透光的镜子，并将玻璃纤维连接到它上面。这使得我们可以相对有效地将光子引入到纤维中珀塞尔效应还有另一个优点:它缩短了铷原子存储和释放量子信息的时间。这种速度上的提高是非常重要的。只有中继器工作得足够快，它才能与信息的发报机，即所谓的量子点通信。如今量子点被认为是单光子传输量子信息的最佳来源，完全不会被截获。实验将这项重要的未来技术又向前推进了一步。
博科园-科学科普｜研究/来自：波恩大学
参考期刊文献：《物理评论快报》
DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.173603
