当光子与电子结合........

一个“弗兰肯斯坦”粒子将如何改变量子领域的研究？

来自英国帝国理工的物理学家发现，当光子和单个电子结合后，会产生一种全新形态的光。这种新形态的光或许可以应用在光子电路上，也将使量子现象更容易地被观测到。

在常规材料中，光子与电子间的相互作用屡见不鲜，比如在材料表面以及跟内部的分子结构中都有发生。 但是物理学家想知道的是，如果光子与独个电子结合在一起会发生什么。

研究的关键在于利用被发现不久的新材料——拓扑绝缘体，他们模拟了光闪过材料表面的行为。结果发现，光不仅会与材料中的单个电子发生相互作用，耦合粒子还同时包含了两种基本粒子的性质。

注：拓扑绝缘体的发现要追溯回2007年，它是一种非常特别的材料。它跟普通绝缘体的区别在于：它的内部是绝缘的，但是在它的边界或表面总是存在导电的边缘态。独特的是，它表面的导电态是收到时间反演对称的保护。

该团队模拟了由拓扑绝缘体制造出的纳米颗粒——直径为0.0000001米以下的小球。这使他们可以模拟一束光经过纳米粒子并与其中一个电子作用时会发生什么。

（? Vincenzo Giannini）

模拟的结果如上图，描述了光被困在拓扑绝缘体纳米粒子的表面。

最酷的是，耦合粒子会同时拥有光子和电子的性质，换句话说，光会具备电子的特性，并绕着纳米粒子循环运动，同时电子也会呈现某些光的特性。

通常情况下，光会沿着直线传播，但是当光子和单个电子耦合在一起后，它会跟随者电子的路径沿着材料表面运动。另一方面，当电子遇到不良导体时会停止运动，但是在光子的帮助下，耦合的粒子会继续前进。

一旦掌握了控制光子运动的技巧，将对未来建造量子计算机有巨大的影响：

• 光子电路可以为量子模拟器供电，或者应用在固态量子记忆系统中，这是量子计算机必要的部件。研究人员认为耦合的粒子可以帮助提高光子电路的稳定性，极大增强其抗干扰和抗物理缺陷的能力。

• 量子处理器是由量子位元构成的。量子位元可以是1，0，或者同时处于1和0的量子叠加态。观测叠加态最困难的地方在于，物理学家必须在接近绝对零度，即零下273.15摄氏度的温度下工作。这样成本昂贵，实验也较难以操作。这种新形态的光可以使研究人员在室温就可以观察这些量子行为。