莱ene Vestergaard Hau 最喜欢的季节是仲夏节前夜，那时她故乡丹麦的天空变成淡淡的金属蓝色，太阳只落下几个小时。“它从来没有真正变黑，”她在五月的一个阳光明媚的早晨在哈佛大学阳光明媚的办公室里说。“你有这些漫长而明亮的夜晚。那真是一年中最美好的时光。那是我在这里真正怀念的事情。” Hau 在二十年前来到美国做博士后工作，跃入了物理学的新领域，点燃了另一个领域，并一直待在这里，让世界对光的性质有了不同的看法。
光速——在真空中为每秒 299,792,458 米——“是一个难以理解的高速，”Hau 说。“如果你能以某种方式将其驯服到人类水平，那将非常令人着迷。” 这正是这位 47 岁的物理学家所做的事情：她迫使光线缓慢移动、堆积并挤入一个微小的笼子，温顺地待在笼子里，甚至消失，然后又在一定距离外重新出现。光线一直在减速：光子穿过水时减速到大约每秒 224,844,344 米，当它们撞击不透明表面时，它们会停止并被消灭。但在 Hau 的工作之前，光速从未降至每秒 17 米，并且以同样的方式被熄灭然后完整地复活。
由于光子传播距离远且速度快，且不会衰减，因此它们已成为开发量子计算机和改进光通信的研究重点。Hau 的工作并非直接适用，因为她的实验是在玻色-爱因斯坦凝聚态中展开的——玻色-爱因斯坦凝聚态是由超冷原子组成的簇，作为一个巨大的集体发挥作用。然而，她的研究触及了使用光存储和处理信息的挑战的根源。麻省理工学院的量子物理学家塞思·劳埃德说，通过停止光，“你正在存储一个量子比特。从概念上讲，它是一种新型的存储单元。”
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Hau 于 2001 年获得了麦克阿瑟奖学金，她并没有计划成为一名实验物理学家。她的训练是在理论方面，尽管在 1980 年代，在丹麦的家中，然后在日内瓦附近的欧洲核子研究中心，她研究了凝聚态物质。“在做这项工作时，我发现人们已经开始使用激光冷却原子到极低温度的新技术，”她回忆道。 1988 年，Hau 前往美国会见研究人员、发表演讲，并满足“看看这个国家是否真的像电影里那样”的愿望。她认为，确实如此：地大物博，汽车宽大，人们健谈而开放。
Hau 的访问地点之一是位于马萨诸塞州剑桥市的 Rowland 研究所，这是一个小型非营利组织，五年前加入了哈佛大学。在那里，她遇到了物理学家迈克尔·伯恩斯和 Jene A. Golovchenko；尽管他们两人都没有在这个新兴领域工作，但他们都鼓励她探索冷物质。“我本可以去一个更成熟的地方，但似乎那会太可预测了，”Hau 说。
Hau 着手设计一种在真空中持续供应钠原子的方法。然后她开始将她的钠原子冷却到接近绝对零度，并在 1997 年仲夏节前夜，她制造出“一些非常大而肥胖的”玻色-爱因斯坦凝聚态。这种物质形式已被假设，但直到三位科学家（现在都是诺贝尔奖获得者）在 1995 年成功制造出来之前，从未被创造出来。 Hau 打算使用光来探测这种新物种的特性，这时她决定使用凝聚态来玩弄光。 1999 年，在一个现在著名的发现中，Hau 将激光照射到凝聚态上，导致光子在其中缓慢移动。“这是一个非常非常棘手的实验，因为它正处于可能的边缘，”她说。
发生的事情是这样的：凝聚态包含钠原子，这些钠原子被磁场固定，并被“耦合”激光照射，这使得凝聚态对特定频率的光透明。当该频率的光子，由“探测”激光以短脉冲形式发射，撞击凝聚态时，它们会触发量子暗态。这意味着钠原子进入叠加态——它们同时处于两种能量状态。当光子遇到这些原子时，它们会与原子纠缠在一起。光脉冲的前沿减速，后沿赶上，像手风琴一样将光压缩到 100 微米厚的凝聚态中。
以前曾通过实验将光速减慢 165 倍（达到每秒 1,816,923 米左右），使用了 Hau 采用的透明技术。但斯坦福大学的 Stephen E. Harris 说，“通过观察光速达到每秒 17 米，它推动了全球朝这个方向的努力”，他与 Hau 合作，并在 1990 年代初期首次展示了电磁感应透明度和使用它减慢光速。研究人员现在已经在热气体以及室温下的晶体和半导体中减慢了光速。
减慢光速使 Hau 得以停止和启动光速。 2001 年，她和她的同事关闭了耦合激光器，发现凝聚态中的光脉冲消失了；然而，其特征形状、振幅和相位都印在了钠原子上。当耦合激光器重新开启时，传入的能量冲击导致改变后的钠原子发生能级跃迁，在此过程中释放出一个相位和振幅与最初由探测激光器发送的脉冲完全相同的光脉冲。光携带着信息进入，将该信息传递给物质并消失。然后物质产生了具有相同信息的光。“这就是我们在系统中保留信息的方式。这不是一些你无法控制的随机事物，”Hau 说。
今年，Hau 和她的实验室的两名成员 Naomi S. Ginsberg 和 Sean R. Garner 更进一步，在两个凝聚态之间传输了光脉冲的特征。他们将探测激光器的脉冲发送到第一个凝聚态中，正如预期的那样，脉冲减速了。接下来，他们关闭了耦合激光器。来自探测激光器的光脉冲消失了，但在此之前，它已将其振幅和相位的相关信息传递给了钠原子。这些原子还具有来自光子碰撞的动量，这种动量推动它们离开了第一个凝聚态，穿过一个微小的间隙进入了第二个凝聚态。一旦原子（熄灭的光脉冲的物质副本）到达，耦合激光器就会重新开启；渴望加入第二个凝聚态的原子发生能级跃迁，释放出相位和振幅与进入第一个凝聚态的光子完全相同的光子。
正如 Hau 和 Lloyd 指出的那样，将光转换成物质并再次转换回来意味着可以处理量子信息。“基本上，探测光将通过光纤远距离携带量子信息，”Hau 解释说。“然后，如果你想对其做些什么，你可以将其读取到物质中。我们可以利用物质动力学来改变光学信息。” 玻色-爱因斯坦凝聚态中的光相互作用也产生了意想不到的现象——例如，凝聚态中的龙卷风状风暴有时像台球一样，彼此弹开，有时又会相互湮灭。“这完全是一个动物园，”Hau 兴奋地说。“实验显示的比计算结果更详细。”
Hau 的许多实验使她今年再次错过了仲夏节前夜的特殊蓝色。但她将斯堪的纳维亚风格带到了她的新实验室套间：墙壁是黄色和橙色，并且有大量浅色木材。“颜色非常重要，”她说。“颜色和光线，它们是你感受自己有多快乐的方式。” Hau 和诗人罗伯特·弗罗斯特似乎有相同的想法
“光才是最重要的
我不会进去，直到光熄灭
光不会熄灭，直到我进来。”