延 伸 阅 读

emission-computedmdpmibisingle moleculesingle-photontomographytomography,emission-computedx线计算机单分子单光子断层摄影术发射型计算机冠心病冠状动脉疾病光电效应光子局部血流康普顿效应体层摄影术脱氧葡萄糖

瑞士苏黎世联邦理工学院和德国马克斯·普朗克研究所的科学家用单个光子激发单个分子，实现了两个单分子间的信号传送。在实验中，可让单个分子模拟光频，将单光子流传递给相距数米的另一个分子，如同两个站点之间的无线电通讯。这为开展以单光子作为量子信息载体，由单个发射器进行信息处理的进一步研究铺平了道路。相关研究结果发表在《物理评论快报》杂志上。

    过去20年，科学家已证明能探测到单个分子，也能生成单光子。然而，单个分子发现并吸收单光子的几率很低，由光子激发分子仍难以捉摸，因而通常需要每秒释放数十亿光子来轰击分子，才能从中获得一个信号。规避这一物理学难题的一般方式是，在原子周围构建一个腔洞，使光子能够长久囚禁其中，以保持两者良好的互动几率。

    而此次实验的挑战之一，就是获取具有适当频率和带宽的单光子来源。科研小组利用了一个事实：当一个原子或分子吸收单光子时，它将过渡到激发态。在几纳秒后，激发态将衰变为最初的基态，并放射出单个光子。

    在实验中，研究人员将两个嵌入有机晶体之中的荧光分子样本冷却至零下272摄氏度。每个样本中的单个分子都能由光谱选择结合空间。为了生成单光子，单个分子将从“源头”样本中激发而出。当分子的激发态衰变时，放射出的光子将紧紧聚集于距离几米之外的另一个“目标”样本之上。为了保证样本中的单个分子能够“看到”入射的光子，研究小组必须保证它们处于同一频率。此外，珍贵的单光子也需要与单个目标分子进行有效地互动。

    科学家表示，这是两个量子光学天线之间长距离通讯的首个例子。单个分子一般大小为1纳米，而聚集的光束却不能小于数百纳米。这通常意味着大多数的入射光都会环绕分子进行运动，而无需“看见”对方。然而，如果入射光子与分子的量子力学过渡产生共鸣，在这个过程中，分子可像天线一般发挥作用，抓住其附近的光波。