当纳米世界中的光既不开也不关时

我们生活空间中的灯是开着还是关着，在日常生活中只需伸手去拿电灯开关就可以调节。然而，当光的空间缩小到几纳米时，量子力学效应就占主导地位，里面到底有没有光就不清楚了。正如朱利叶斯-马克西米利安-维尔茨堡大学(JMU)和比勒费尔德大学的科学家在《自然物理学》杂志上展示的那样，两者甚至可以同时出现。

“在晶体管的尺寸尺度上检测这些奇异的量子物理学状态可能有助于开发未来计算机芯片的光量子技术，”维尔茨堡教授BertHecht解释道。所研究的纳米结构是在他的团队中生产的。

我们数字世界的技术基于电流流动或不流动的原则：一或零，开或关。存在两种明确的状态。另一方面，在量子物理学中，有可能忽视这一原则并创造假定的对立面的任意叠加。这增加了多次传输和处理信息的可能性。这种叠加状态已经为人所知已有一段时间了，特别是对于光粒子，即所谓的光子，并用于探测引力波。

检测到量子态

来自比勒费尔德和维尔茨堡的物理学家和物理化学家团队现已成功地直接在纳米结构中检测到这种光的叠加态。光在非常小的空间内被纳米结构捕获，并与电子振荡耦合：所谓的等离子体激元。这允许光的能量在纳米尺度上保持在适当的位置。

在维尔茨堡教授TobiasBrixner的实验中，研究人员调查了光脉冲中有多少光子耦合到纳米结构上。结果：同时没有光子和三个光子。Brixner解释说：“检测这个特征是一个巨大的挑战。光子可以用灵敏的检测器很好地检测到;但是，对于同样处于量子力学叠加状态的单光子，纳米世界中不存在合适的方法。“此外，光子和电子的耦合态存活时间不到百万分之一秒，然后再次衰变，几乎没有时间进行检测。

最高空间和时间分辨率组合

在现在发表的实验中，使用了一种特殊的检测方法。“在状态衰减期间释放的能量足以从纳米结构中释放其他电子，”WalterPfeiffer教授(比勒费尔德)解释说，他在开发物理模型和解释数据方面发挥了关键作用。然后可以使用光电子显微镜和几纳米的分辨率在图像中捕获触发的电子。由于快速衰减时间，超短激光脉冲序列被用来获得光叠加态的“指纹”。

这是朝着直接在纳米尺度上分析耦合光子和电子的完整量子物理状态的目标迈出的第一步。一种过程，如在医学中，用术语断层扫描术来描述。因此，相关科学家办公室和实验室的灯显然应该保持打开状态。