顶刊《自然》说“光能变成固体”？不确切，但光确实能“拐弯”

摘要：3月5日，顶刊《自然》杂志刊登了意大利科学家团队的研究成果，通过一块特殊设计的半导体材料，让照射在上面的激光与半导体材料相互作用，形成一种混合状态的粒子，称为"极化激元"（polaritons）。科学家团队已经发现这种粒子在具备“超流体”特征的同时，具有固体的

3月5日，顶刊《自然》杂志刊登了意大利科学家团队的研究成果，通过一块特殊设计的半导体材料，让照射在上面的激光与半导体材料相互作用，形成一种混合状态的粒子，称为"极化激元"（polaritons）。科学家团队已经发现这种粒子在具备“超流体”特征的同时，具有固体的一些特征。正好契合了科学家对 “超固体“的理论预期。

这与一些媒体报道中“光能变为固体“有所出入，但科学家确实发现了光的确具备一些与日常经验相悖的性质，并且这些性质已经开始被人类所利用，逐渐改变着我们的生活，对光纤通信的加密便是其中一例。

从只能语音通话的“1G”，到可以视频聊天的“5G”，光纤功不可没。无论是用手机看微信、刷视频，还是车辆读取定位、导航信息，这些从移动终端发出的无线信号，经临近的通信基站接收、处理成按特定规律发射的激光信号，通过光纤发往全国各地。光纤就像内壁贴满镜子的管道，光线会在其中不断反射，直到抵达另一端。在长距离传输中，无线信号和电信号容易受到干扰、能量衰减，因此需要许多基站接力传输，而光纤中的光信号可以无损传输很长距离，带来了巨大的效率提升，让陕煤曹家湾煤矿的无人巡检开采、襄阳的车流智能调控等需要快速反应、控制的应用得以实现。

随着各行各业更加依赖光纤实现自动操作、分享数据，其信息安全问题逐渐变得突出。实质上，光纤中的光能够实现完全反射，是需要光与光纤内壁始终保持一个较小的角度。如果受到外力弯折，一小部分光就会穿透光纤射出，别有用心的人就能借此获知其中信息。因此想要安全传输敏感信息，就必须对内容加密，使得窃密人只能获取无法直接解读的密文。

现在我们利用光纤传递信息，依靠的是光纤内激光束射出位置（相位）、闪烁快慢（频率）等宏观特征，窃密人在大量相同的光中“偷取一点”，很难被人发觉。如果要用光作为密钥，那么就要找到能够让作为密钥的光“独一无二”的那种特性。科学家通过光电效应实验发现，光的能量有高低之分，而且并不是连续的。换句话说“一束光”的能量，就像一排可以被拆开的电池，可以分成一块块的。这样切分出的”一块“光，根据能量水平不同，会具备不同的性质，就像一块电池可以给手机充电，多块电池一起才可以驱动电动汽车，而窃听者的”抽取行为“就如同100%的电池分成两份50%，使得光产生可以被检测到的变化。当然，光能够被拆分，只是性质上的相似，并不是真的能分出“一块”光。科学家将这种单位命名为“量子”，”一块“光也就是一个光量子。能量水平便成为了光量子无法被拆分的“身份证明”。

既然光量子会因为能量的消耗改变性质，那窃听者可以重新给光量子“充能“，或是复制一份能量相同的光量子给原来的接收者，从而避免被发现吗？答案是否定的。关键在于光量子不仅有作为“身份证明”的能量水平，还有独特的运动状态。我们通常认为光是沿直线传播的，用手挡住阳光，会形成一片影子，这是我们认为光沿直线传播的生活实例。但如果仔细观察影子的边缘，会发现它其实是模糊的——影子从手指边缘向内逐渐加深，表明光能够“绕过“障碍物传播。实验证明，单个光量子的传播方式与声波、水波、舞动的飘带更加类似，具备波动传播的性质。通过人为处理，相同能量的光量子也能以不同的波动轨迹传播。当单个光量子被窃密人截获的那一刻起，它的运动就随之停止或改变，也就无法得知之前的轨迹了。如果说能量水平是光量子的”身份证明“，运动状态也就成了光量子的”未读标记”。