在室溫下尋找液態光

如果你的計算機處理器只能在低於-200°C的環境下工作，那該怎麼辦？幾乎所有的量子計算機都是這樣，因為熱往往會使量子位產生錯誤。然而，最近的研究表明，液態光有望讓量子計算機在室溫下工作。

除了已知的光的波和粒子性質之外，還挖掘出新的性質。光在室溫下以液態形式存在，可能會成為一項突破性的發現，甚至改變未來技術的設想方式。

液態光和超流體的起源

液態光可以被歸類為超流體，這是由於粒子能夠在一種被稱為玻色-愛因斯坦凝聚（BEC）的狀態下凝聚而產生的。超流體玻色-愛因斯坦凝聚遵循量子物理的規則，而不是經典物理。它們可以攜帶和傳導電能，但通常只存在不到一秒的時間，而且溫度接近絕對零度。然而，2017年發表在《自然物理學》雜誌上的一篇文章表明，這並不總是必要的。

在20世紀20年代早期，印度科學家玻色給愛因斯坦寄了一篇論文，在這篇論文中，他透過把光子當作相同粒子的氣體來處理，推匯出了黑體輻射的普朗克定律。

愛因斯坦將玻色理論推廣到具有相同原子或分子的理想氣體，其粒子數守恆。他還預測，在足夠低的溫度下，粒子會鎖定在系統的最低量子態。這就是我們現在所說的玻色-愛因斯坦凝聚現象。玻色和愛因斯坦還共同開發了玻色-愛因斯坦統計，這是一種評估包含整數自旋相同粒子的量子系統可能狀態的方法。

在接下來的幾年裡，許多理論和實驗都試圖在實驗室裡產生玻色-愛因斯坦凝聚體。然而，直到1995年6月5日，科學家埃裡克·康奈爾和卡爾·維曼才在科羅拉多大學實驗室天體物理聯合研究所的實驗室裡，透過將2000個銣原子的雲冷卻到接近絕對零度，製造了第一個凝聚態。

僅僅幾個月後，由麻省理工學院物理學教授沃爾夫岡·凱特勒領導的一個小組就產生了更大的鈉原子凝聚物。康奈爾、維曼和凱特勒的這些早期實驗進一步鼓勵了其他玻色-愛因斯坦凝聚體的發展，由於這一傑出貢獻，他們三人都獲得了2001年的諾貝爾物理學獎。

液態光如何在室溫下存在

之前的研究已經證實了光作為超流體存在的可能性，但之前的所有實驗都需要利用接近絕對零度的超低溫度，將光子緊密結合在一起，使它們表現出分子的行為，並變成超流體。2017年，一組研究人員合作進行了一項實驗，證明了光在室溫下可以達到超流體狀態。

在2017年的實驗中，一塊由有機分子製成的超薄薄膜被夾在兩個高度反射的鏡子之間，這個裝置進一步受到35飛秒的鐳射攻擊。這種強烈的光物質相互作用導致了超流體的形成。

在半導體中，光子與電子-空穴對（激子）相互作用。這些激子施加一個偶極矩，這個偶極矩與電磁場的偶極相結合，並使激子與光子強烈耦合。最終的結果是偏振子，由半光和半物質組成，即使在室溫下也表現為玻色-愛因斯坦凝聚態或超流體，這就是液態光。