“我們可以用這個系統(tǒng)來做電子和超導(dǎo)的量子模擬。”

上圖：研究人員用液晶操縱光線，創(chuàng)造出一種雕刻的激光束，能夠產(chǎn)生這種貓的照片般逼真的圖像。

每個貓主人都知道，他們的貓伴侶喜歡追逐一個簡單的激光筆發(fā)出的微小光點?，F(xiàn)在，巴西的物理學(xué)家們已經(jīng)找到了如何將激光捕獲并彎曲成復(fù)雜的形狀，從而產(chǎn)生了上圖中令人印象深刻的逼真的貓的圖像。在其他潛在的應(yīng)用中，他們的方法（在最近發(fā)表在物理arxiv上的一篇論文中描述了）可能被證明有助于構(gòu)建更好的光學(xué)阱，為各種量子實驗創(chuàng)造超冷原子云。

圣保羅大學(xué)的合著者佩德羅·席爾瓦（Pedro Silva）和塞爾吉奧·穆尼茲（Sergio Muniz）表示，產(chǎn)生和精確控制高保真激光光束的能力，對許多研究和工業(yè)領(lǐng)域至關(guān)重要。他們將大多數(shù)波前工程方法分為兩個基本類別。

第一種方法包括數(shù)字微鏡（DMD）和聲光調(diào)制器（AOM）等方法，這些方法易于實現(xiàn)，并且具有近實時反饋控制的快速響應(yīng)。但它們控制光場相位的能力有限，不能產(chǎn)生某些類型的結(jié)構(gòu)光。它們還容易出現(xiàn)散斑、衍射或其他失真。

第二組包括全息術(shù)和各種相位控制方法，它們可以產(chǎn)生相位結(jié)構(gòu)光和矢量光束。其代價是控制速度較慢，而且缺乏實時反饋。圣保羅大學(xué)的研究人員想要提出一種相位控制方法，以實現(xiàn) DMD 和 AOM 的一些理想特性 —— 特別是像素到像素映射、光圖案的簡單編碼、更快的反饋和更精確的控制。

上圖：實驗裝置示意圖。

本質(zhì)上，他們是改進(jìn)了2007年提出的一種方法，以獲得更清晰、更平滑的結(jié)果。他們將二極管激光偏振光與液晶的方向相匹配，用于空間光調(diào)制器。他們可以用電磁場來組織這些晶體，從而形成一系列的棱鏡。通過對調(diào)制器的編程，研究人員可以使用這些棱鏡來創(chuàng)造出多個任意的幾何形狀，以及完整的貓的細(xì)節(jié)圖像。

研究人員表示：“我們展示的實驗結(jié)果表明，使用所描述的方法不僅可以創(chuàng)建簡單而平坦的幾何形狀，而且還可以創(chuàng)建具有詳細(xì)強(qiáng)度分布的復(fù)雜而特征豐富的圖像?！彼麄兊姆椒赡苓m用于對來自更高功率脈沖激光器甚至超快激光器的光束進(jìn)行整形。

未來，有用的應(yīng)用還將包括光學(xué)圖案化和光刻，以及超冷原子的光捕獲，以創(chuàng)建諸如玻色-愛因斯坦凝聚體（BEC）等系統(tǒng)，這是模擬量子效應(yīng)的理想選擇。例如，BEC 可以像激光放大光子一樣“放大”原子，使科學(xué)家能夠研究量子物理學(xué)這個奇怪的小世界，就好像他們通過放大鏡觀察它一樣。物理學(xué)家甚至可以設(shè)法將 BEC 中的“量子結(jié)”系起來，并拍攝這些結(jié)如何在形成旋渦之前衰減或“解開”自己的影片。

研究人員表示：“說實話，我不知道用超冷原子或用貓的照片能做什么，但它在某種程度上是一種代表，表明你可以做出非常精細(xì)和精確的特征。我們可以制作這些漂亮的貓的圖像，但我們也可以使用這個系統(tǒng)（使用被困的超冷原子）做電子和超導(dǎo)的量子模擬?！?/p>