最前沿，最科幻的激光煉金術

尖端科技復興了古代智者的夢想——煉金術。

用“正確的”激光，你可以把石頭變成面包，讓橡膠像花崗巖一樣堅硬，或者讓鋼變得柔韌，21世紀的煉金術，原則上不僅可以把鉛——變成金，還可以把普通材料變成超導體。

近幾十年來，利用定制光脈沖重塑原子和分子電子云的技術得到了發展。今年夏天初，新奧爾良杜蘭大學部的一組研究人員擴展了上述想法，他們將脈沖策略應用于固體和散裝材料，重塑物質定律，調節由化學和結構決定的物質特征，并使用量子控制“使幾乎任何東西看起來像任何東西”。

與此同時，其他研究人員使用光脈沖來增強材料的超導性，

然而，現代煉金術的真正價值可能不在于轉化物理屬性，而在于作為一種更具啟發性的工具。類似的技術可以用于光學計算機，剝奪或開放物質的特定化學性質將有助于分析復雜的混合物(例如，將不溶性產品轉化為可溶性產品，使其更容易過濾其他不溶性產品)。從理論上來說，這項技術的極限就是我們想象力的極限，而實際的極限只來自于我們對光與物質相互作用的理解和控制。

自從半個多世紀前激光技術出現以來，大量科學家很快意識到激光可以用來操縱分子，因為分子的電子云會對激光——的電磁場產生回應，在激光的電磁場作用下，所有的波都會逐漸相干地振動，但要取得有意義的結果，還需要更精確快速的操作。

80年代末90年代初，我們有了飛秒激光科學，可以選擇性地刺激和探測運動。然而，為了真正控制它，普林斯頓大學部的化學家赫歇爾拉比茨(Herschel Rabitz)在20世紀90年代初指出，人們需要創造特定的脈沖：復雜的波形可能會引導分子沿著特定路徑的行為。好在當時脈沖整形用的是光通信領域，

但是挑戰是巨大的，要控制一個宏觀物體(比如滑翔機)的路徑，需要知道它之前的軌跡。對于量子力學系統，相當于知道其量子波函式如何隨時間演化，這是由稱為哈密頓量的數學函式決定的，麻煩的是哈密頓方程對于研究人員來說太大太復雜，除了最簡單的系統(比如氫原子)，以至于不能精確計算波函式的動力學。

沒有理論計算的指導(需要提前計算出需要的控制脈沖)，唯一的選擇似乎就是試錯。

現在，藍兔大學部的杰勒德麥克考爾和丹尼斯邦達提出了一個預先計算所需脈沖的理論方案，

在量子力學中，物質的特定性質(如電導率、光的透明度或反射率)對應于可觀測量的平均值或“期望值”。如果我們得到一個物質的波函式，知道用的是什么樣的光脈沖，就可以預測結果(期望值)。

Bondar的團隊逆向思考：首先要得到想要的結果(期望值)，然后計算產生結果的光脈沖，為此，我還需要知道系統的波函式，或者等價地知道它的哈密頓量，但沒關系，只要能確定一個足夠好的近似即可。

邦達說：“我們把這個系統當成電子云，用激光脈沖使云變形，”

目前，實驗已經使鈉金屬表現出鉀的一些物理特性。

而量子相干控制潛在的應用不是實現對物質的模擬，而是通過光與物質的耦合來“交易”，其中之一就是光學計算，

從原理上來說，光束是資訊的重要載體，因為我們可以利用多個波長同時向其中插入大量的資訊，但有一個根本性的障礙，使得兩個或兩個以上的光束很難“溝通”。與電子不同，“光討厭與光相互作用，”

邦達控制方案解釋了如何實現這種耦合：原則上，一片物質由控制光束操縱，使物質像單個原子一樣，然后，包含輸入資料的第二光束與物質相互作用。互動轉換資料以執行計算，”這為單原子計算開辟了道路.”

更神奇的是，這種光學方法在一些問題上可能有很大的優勢，比如因式分解。麥考爾和邦達認為，用經典光學實現稱為Shor演算法的量子分解演算法是可能的，它是為量子計算機提出的最早的演算法之一。

邦達說：“將經典計算納入歷史垃圾箱還為時過早，”

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