科学家首次证明，他们可以将光通过“时间裂缝”发送到时间中。
这项新实验是对一项有220年历史的演示的改进，在该演示中，光线穿过屏幕上的两条狭缝，在空间中形成独特的衍射图案，光波的波峰和波谷在此处叠加或抵消。在新实验中，研究人员在时间上创建了类似的模式，本质上是改变了超短激光脉冲的颜色。
这些发现为模拟计算机的进步铺平了道路，模拟计算机可以操纵印在光束上的数据，而不是数字位——它甚至可能使此类计算机能够“学习”数据。它们还加深了我们对光的基本性质及其与材料相互作用的理解。
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对于这项新研究，于4月3日在期刊《自然·物理学》上发表，研究人员使用了氧化铟锡（ITO），这是大多数手机屏幕中使用的材料。科学家们已经知道ITO可以响应光线从透明变为反射，但研究人员发现，这种情况发生的速度比之前认为的要快得多，在不到10飞秒（十亿分之一秒的百万分之一）的时间内。
“这是一个非常大的惊喜，起初我们无法解释，”研究主要作者、伦敦帝国理工学院物理学家里卡多·萨皮恩扎告诉Live Science。最终，研究人员通过仔细研究ITO中的电子如何响应入射光的理论，弄清楚了反应如此之快的原因。“但这花了我们很长时间才理解。”
时间取代空间
英国科学家托马斯·杨在1801年首次使用现在经典的“双缝”实验证明了光的波动性。当光线照射到带有两条狭缝的屏幕上时，波会改变方向，因此从一条狭缝扇出的波与从另一条狭缝穿过的波重叠。这些波的波峰和波谷要么叠加，要么抵消，从而形成明暗条纹，称为干涉图案。
在新研究中，萨皮恩扎及其同事通过向涂有ITO的屏幕照射“泵浦”激光脉冲，在时间上再现了这种干涉图案。虽然ITO最初是透明的，但来自激光的光改变了材料内部电子的特性，使得ITO像镜子一样反射光。随后的“探测”激光束照射到ITO屏幕时，会将这种光学特性的暂时变化视为时间上的狭缝，只有几百飞秒长。使用第二个泵浦激光脉冲使材料表现得好像它在时间上有两条狭缝，这类似于光穿过空间双缝的情况。
当光通过传统的空间狭缝时，会导致光改变方向并扇出，而当光通过这些双“时间狭缝”时，它的频率会发生变化，频率与其波长成反比。可见光的波长决定了它的颜色。
在新实验中，干涉图案以条纹的形式出现，或者在频谱中出现额外的峰值，频谱是不同频率下测得的光强度的图表。正如改变空间狭缝之间的距离会改变产生的干涉图案一样，时间狭缝之间的滞后决定了频谱中干涉条纹的间距。在幅度降至背景噪声水平之前，这些干涉图案中可见的条纹数量揭示了ITO特性变化的速度；响应较慢的材料产生的可检测干涉条纹较少。
这并不是科学家们第一次弄清楚如何在时间而不是空间上操纵光。例如，谷歌的科学家表示，他们的量子计算机“Sycamore”创造了一个时间晶体，这是一种新的物质状态，它在时间上周期性地变化，而不是原子在空间中以周期性模式排列。
纽约城市大学的物理学家安德烈亚·阿卢没有参与这些实验，但做过在时间上产生光反射的独立实验，他将其描述为时间和空间如何可以互换的又一个“巧妙的演示”。
阿卢通过电子邮件告诉Live Science，“该实验最引人注目的方面是，它证明了我们可以非常快速地且大幅度地切换这种材料（ITO）的介电常数[它定义了材料传输或反射光的程度]。” “这证实了这种材料可以成为时间反射和时间晶体演示的理想候选材料。”
研究人员希望利用这些现象来创造超材料，或者旨在以特定且通常复杂的方式改变光路径的结构。
到目前为止，这些超材料是静态的，这意味着改变超材料影响光路径的方式需要使用全新的超材料结构——例如，每种不同类型的计算都需要一个新的模拟计算机，萨皮恩扎说。
萨皮恩扎说：“现在我们有了一种可以重新配置的材料，这意味着我们可以将其用于多种用途。” 他补充说，这种技术可以实现模仿大脑的神经形态计算。
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