“超光速”脉冲光的制成方法

短脉冲光到达时，通常是呈现为某种对称曲线，统计学上就像一个钟形曲线。这个曲线的最前缘不能超过光速，但主体隆起部分，也就是脉冲的峰值，可以向前或向后倾斜，到达时会比通常的速度或快或慢。

利用四波混频，研究人员发送200纳秒长的“种子”脉冲激光，进入加热的光电元件，其中包含原子铷气相，以及单独的“泵”光束，具有不同的频率，都是来自种子脉冲。这种气相可放大种子脉冲，转移峰值，使向前倾，这样，它就可超过光速。同时，有光子来自射入的光束，会与气相相互作用，产生第二个脉冲，这个脉冲称为“共轭”，这是因为它与种子脉冲的数学关系。它的峰值的传播也可以加快或放慢，这取决于激光如何调谐，以及增益介质的内部状况。

美国国家标准与技术研究院(NIST：National Institute of Standards and Technology)的研究人员开发出一种新颖的方法，可制成“超光速”脉冲光，在某种意义上，它们的传播速度比光更快。这项技术称为四波混频(four-wave mixing)，可重塑部分光脉冲，使它们提前到达某个地方，这个地方是它们本来会到达的，就是在它们未经改变穿过真空时也会到达。这种新方法可用于改善通信信号的定时，也可用于探讨量子关联传播。他们的成果4月26日发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)，题为《激发生成超光速光脉冲采用四波混频》(Stimulated Generation of Superluminal Light Pulses via Four-Wave Mixing)。

根据爱因斯坦的狭义相对论，光在真空中传播具有普遍的速度限制。没有任何信息可以比光传播得更快。

但还有一个漏洞。短脉冲光到达时，通常是呈现为某种对称曲线，统计学上就像一个钟形曲线。这个曲线的最前缘不能超过光速，但主体隆起部分，也就是脉冲的峰值，可以向前或向后倾斜，到达时会比通常的速度或快或慢。

最近的实验产生了“无信息”( uninformed)的超光速脉冲，是因为放大脉冲的前缘，减弱或切断它的后端。这种方法产生了很大的噪音，明显没有大幅增加速度。四波混频产生了更干净，噪音更少的脉冲，可以更大地提高速度，这是因为“重新定相”( re-phasing)或重新排列构成脉冲的光波。

利用四波混频，研究人员发送200纳秒长的“种子” 脉冲激光，进入加热的光电元件，其中包含原子铷(rubidium)气相，以及单独的“泵”光束，具有不同的频率，都是来自种子脉冲。这种气相可放大种子脉冲，转移峰值，使向前倾，这样，它就可超过光速。同时，有光子来自射入的光束，会与气相相互作用，产生第二个脉冲，这个脉冲称为“共轭”( conjugate)，这是因为它与种子脉冲的数学关系。它的峰值的传播也可以加快或放慢，这取决于激光如何调谐，以及激光的内部状况。

在实验中，脉冲峰到达时快了50纳秒，这是对比光在真空中传播而言。

有一个直接的应用，这个小组研究这种系统，就是想用于量子不和谐。量子不和谐是从数学上定义可共享量子信息的两个相关系统，在这种情况下，就是种子脉冲和共轭脉冲。通过测量快速光束和参考光束之间的量子不和谐，研究小组希望确定，这种超速光如何用于传输和处理量子信息。

更多资讯请关注：21ic模拟频道