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【全球新视野】光通过“时间裂缝”传出，干涉过去和未来

来源：科普中国

科幻网4月13日讯科学家们首次证明，他们可以及时地将光通过“时间裂缝”传送出去。

这项新实验是200多年前的一个演示，在这个演示中，光穿过屏幕上的两条狭缝，在空间中产生一种独特的衍射图案，其中光波的波峰和波谷叠加或抵消。在新的实验中，研究人员及时创造了类似的图案，本质上改变了超短激光脉冲的颜色。


(资料图片)

这一发现为模拟计算机的发展铺平了道路，模拟计算机可以处理印在光束上的数据，而不是数字比特——它甚至可能使这种计算机从数据中学习。同时也加深了我们对光的基本性质及其与物质相互作用的理解。

这项新研究中，研究人员使用了氧化铟锡（ITO），这种材料存在于大多数手机屏幕中。科学家们已经知道ITO可以对光做出反应，从透明变成反光，但研究人员发现它发生的速度比之前想象的要快得多，不到10飞秒。

研究人员通过仔细研究ITO中的电子如何响应入射光的理论，弄清楚了为什么反应发生得如此之快。

1801年，英国科学家托马斯通过经典的“双缝”实验首次证明了光的波状性质。当光线照射在有两个狭缝的屏幕上时，波的方向会改变，因此从一个狭缝向外发散的波与从另一个狭缝进来的波重叠。这些波的波峰和波谷或叠加或抵消，形成明亮和黑暗的条纹，称为干涉图案。

在这项新研究中，研究人员们通过将“泵浦”激光脉冲照射在涂有ITO的屏幕上，及时重现了这样的干涉图案。虽然ITO最初是透明的，但来自激光的光改变了材料内电子的性质，因此ITO像镜子一样反射光线。随后的探测激光束击中ITO屏幕，就会看到这种光学性质的临时变化，在时间上只有几百飞秒长。使用第二个泵浦激光脉冲使材料表现得好像它在时间上有两个狭缝，就像光穿过空间上的双狭缝一样。

当穿过传统的空间狭缝时，光会改变方向并呈扇形散开，而当光穿过这些双“时间狭缝”时，它的频率会发生变化，而频率与波长成反比。可见光的波长决定了它的颜色。

这并不是科学家们第一次发现如何跨越时间而不是空间来操纵光。例如，谷歌的科学家们表示，他们的量子计算机创造了一种时间晶体，这是一种随着时间周期性变化的物质新阶段，而不是原子在空间中以周期性模式排列。

研究人员希望利用这些现象来制造超材料或结构，以特定且通常复杂的方式改变光的路径。

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