瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL） 的物理學家首次找到了讓光子和成對原子互相作用的方法。這一突破對腔體量子電動力學（QED）領域非常重要，這是一個引領量子技術發展的前沿領域。
基於量子技術的快速發展，我們正穩步邁向一個全新的技術時代。但要達到這個目標，我們首先必須掌握使光與物質相互作用的能力–或者更嚴格地說就是，光子與原子相互作用。
這在某種程度上已經實現，為我們提供了尖端的腔體量子電動力學（QED）領域，它已經被用於量子網絡和量子信息處理。儘管如此，仍有很長的路要走。目前的光-物質相互作用僅限於單個原子，這限制了我們在基於量子技術的那種複雜系統中研究它們的能力。
近日發表在《Nature》的一篇論文中，來自於 EPFL 基礎科學學院的 Jean-Philippe Brantut 小組的研究人員找到了一種方法，使光子在超低溫下與成對的原子“混合”。
研究人員在研究中使用了所謂的費米氣體，一種由原子組成的物質狀態，類似於材料中的電子。Brantut 解釋說：“在沒有光子的情況下，這種氣體可以被製備成原子之間相互作用非常強烈的狀態，形成鬆散的結合對。當光被送到氣體上時，這些對中的一些可以通過吸收光子變成化學結合的分子”。
這種新效應的一個關鍵概念是，它是“相干地”（coherently）發生的，這意味着光子可以被吸收，把一對原子變成一個分子，然後發射回來，然後多次被重新吸收。Brantut 說：“這意味着一對光子系統形成了一種新型的‘粒子’，我們將其稱之為‘pair-polariton’。在我們的系統中，光子被限制在一個‘光腔’（optical cavity，一個封閉的盒子）中，迫使它們與原子發生強烈的相互作用”。
Brantut 說：“氣體的一些非常複雜的屬性被轉化為光學屬性，可以用一種直接的方式進行測量，甚至不需要對系統進行擾動。未來的一個應用將是在量子化學中，因為我們證明了一些化學反應可以使用單光子相干地產生”。