来自美国密西根大学，德国雷根斯堡大学与马尔堡大学的国际联合研究组于2017年3月13日在《自然·光子学》上发表最新研究文章，展示了他们研制的超短可重构飞秒光脉冲，这可能会加快新型计算机的研发，这种未来计算机的运行速度比目前的电子计算机快10万倍。

密西根大学的研究人员在他们的工作中展示了他们可以控制激光脉冲的峰值，也可以改变光的偏振。

他们的方法比电流能更快和高效地迁移电子，并对电子的量子态产生可靠的作用。密西根大学电子工程和计算机科学教授Mackillo Kira说，这是产生光控电子的第一步，更进一步会实现量子计算。

电子在计算机的半导体中运动，会与其它电子发生碰撞而释放热能。而光控电子会受控于超快激光脉冲。虽然汽车的高速行驶使得驾驶员更容易撞上某个东西，但电子的高速行驶使得运动时间如此之短以至于在统计上不会击中任何东西。

雷根斯堡大学物理学教授Rupert Huber说，在过去的几年里，我们和其他研究小组发现，超短激光脉冲的振荡电场实际上会让固体中的电子来回移动。我们每个人都立即变得兴奋，因为我们可以利用这一原理来构建未来的计算机，使其以前所未有的时钟速率运行，比目前性能最好的计算机快10到10万倍。

但首先，研究人员需要能够控制半导体中的电子。这项工作朝着这个目标迈出了一大步，使用太赫兹辐射使半导体内的电子集体运动起来，这种辐射是频谱介于微波与红外光之间的电磁波。

研究人员将激光脉冲导入半导体硒化镓晶体。这些脉冲非常短，小于100飞秒。每个脉冲将半导体中的电子激发到更高的能级，这意味着电子可以自由移动，同时随着脉冲向前运动。半导体晶体对于脉冲的各向异性意味着电子以不同的方向通过晶体，例如，它们可以沿着原子键或在它们之间运动。

雷根斯堡大学物理学博士生Fabian Langer说，电子在晶体不同方向的相异能垒可以理解为，在晶体的某些方向为电子的康庄大道，而在其它方向则为山坡。这意味着，电子可能不再沿着激光的电磁场方向移动，而由其所处的微观环境来决定其运动。

当电子从高能级向下跃迁时会发出光，跃迁到不同的能级时会发出不同的脉冲。它们发出的电磁脉冲要比引入的电磁辐射短得多。这些光脉冲只有几飞秒长。

在晶体内，当这些脉冲在原子间移动时，它们的运动快到可以记录其它电子的运动情况，它们也可以用来将电子的信息读出和写入。为了实现这一功能，科学家需要有能力控制这些脉冲，而晶体提供了一系列工具。

晶体也可以改变光波的偏振，取决于晶体相对于入射激光脉冲的方向。

因为飞秒脉冲的速度足够快，可以在电子从激发态跃迁至低能级状态过程中对电子进行拦截，它们可以被用于量子计算，量子计算将激发态电子作为量子比特。

马尔堡大学的合作者Kira说，例如，我们同时通过两个激发途径发射一个电子，这在经典上是不可能的。这是在量子世界。在量子世界里，会发生奇怪的事情。

一个电子足够小，因而具有波粒二象性，而当它处于激发态时，它的波长改变了。因为电子处于两个激发态，这两个激发态相互干涉，从而在飞秒脉冲里留下指纹。

Kira说，我们可能会通过量子密码获得新的存储信息或安全传输信息的方法。

Huber尤其感兴趣的是使用频闪慢镜头揭示自然界中一些最快的过程，例如电子在原子中的运动。他说，我们的晶体为改造脉冲创造了前所未有的可能性。

文章链接：

F. Langer, M. Hohenleutner, U. Huttner, S. W. Koch, M. Kira, R. Huber. Symmetry-controlled temporal structure of high-harmonic carrier fields from a bulk crystal. Nature Photonics, 2017; DOI: 10.1038/nphoton.2017.29

（本文来源：cnBeta.com；）

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