定制的“原子”
我们通常在量子物理中处理的许多物体，比如单个分子或原子，仅能通过特殊显微镜才能看到。然而，埃琳娜·雷琴科（Elena Redchenko）在维也纳工业大学原子与亚原子物理研究所（TU Wien）研究的量子物体，即使肉眼（稍加努力）也可以看见：它们的大小达到数百微米。虽然在人体尺度上仍然微小，但在量子物理学中已经是巨大的。
这些巨大的量子物体是超导电路——在低温下电流无阻流动的结构。与具有固定属性的原子不同，这些人工结构高度可定制，允许科学家在受控环境下研究不同的物理现象。它们被称为“人工原子”，其物理特性可以随意调整。
通过将它们耦合，研究人员创建了一个可以存储和提取光的系统，这是进一步量子实验的重要前提。这项实验由IST Austria的约翰内斯·芬克（Johannes Fink）团队完成，并得到维也纳工业大学理论物理研究所的斯特凡·罗特（Stefan Rotter）的理论支持。研究结果已发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。
定制的“原子”特性
量子物理的一个关键特性是某些物体只能取特定的能量值。“围绕原子核运动的电子可以处于较低的能量状态或较高的能量状态，但永远不能处于两者之间的状态，”当前发表论文的主要作者埃琳娜·雷琴科说道。
“所有介于两者之间的值在物理上都是不可能的。然而，使用我们的人工原子，我们可以选择哪些能量值是允许的。对于每个人工原子，我们可以精确设置物理允许的能量值之间的距离。”
微波通过一根特殊的金属线（共振器）传输，这根金属线直接穿过超导人工原子。这些微波会影响超导人工原子：部分微波辐射可以从金属线进入人工原子，然后再返回。这种相互作用的强度也可以被精确调整。
“我们能够展示微波中的光子如何以完全可预测的方式在金属线和人工原子之间交换，”埃琳娜·雷琴科说道。“这是可能的，因为我们的人工原子为我们提供了巨大的工程自由度，可以根据精确需求定制系统。这意味着我们现在可以实现自然原子或其他量子物体无法企及的事情。”
量子光脉冲与量子存储
如果对人工原子进行正确调整，就可以产生非常特殊的光脉冲节奏。“我们向金属线发送一个短的经典微波脉冲，但与人工原子的相互作用可以生成一系列量子光脉冲，这些脉冲之间的时间间隔可以由我们控制。这就像一个片上量子计时器，”雷琴科（Rechenko）解释道。
“在我们的研究中，我们展示了这个系统的灵活性，以及它在非常不同的量子实验中能多么精确地被使用，”雷琴科说道。
“例如，您可以用它来生成单个、清晰分隔的光子——这对于许多实验非常重要。但您也可以用它暂时存储光子一段时间，直到它们再次释放——这是另一项承诺带来令人兴奋的新应用的技术。”
