“我們可以用這個系統來做電子和超導的量子模擬。”

上圖：研究人員用液晶操縱光線，創造出一種雕刻的激光束，能夠產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出的微小光點。現在，巴西的物理學家們已經找到了如何將激光捕獲并彎曲成復雜的形狀，從而產生了上圖中令人印象深刻的逼真的貓的圖像。在其他潛在的應用中，他們的方法（在最近發表在物理arxiv上的一篇論文中描述了）可能被證明有助于構建更好的光學阱，為各種量子實驗創造超冷原子云。

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

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

第二組包括全息術和各種相位控制方法，它們可以產生相位結構光和矢量光束。其代價是控制速度較慢，而且缺乏實時反饋。圣保羅大學的研究人員想要提出一種相位控制方法，以實現 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。

本質上，他們是改進了2007年提出的一種方法，以獲得更清晰、更平滑的結果。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。通過對調制器的編程，研究人員可以使用這些棱鏡來創造出多個任意的幾何形狀，以及完整的貓的細節圖像。

研究人員表示：“我們展示的實驗結果表明，使用所描述的方法不僅可以創建簡單而平坦的幾何形狀，而且還可以創建具有詳細強度分布的復雜而特征豐富的圖像。”他們的方法可能適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行整形。

未來，有用的應用還將包括光學圖案化和光刻，以及超冷原子的光捕獲，以創建諸如玻色-愛因斯坦凝聚體（BEC）等系統，這是模擬量子效應的理想選擇。例如，BEC 可以像激光放大光子一樣“放大”原子，使科學家能夠研究量子物理學這個奇怪的小世界，就好像他們通過放大鏡觀察它一樣。物理學家甚至可以設法將 BEC 中的“量子結”系起來，并拍攝這些結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（使用被困的超冷原子）做電子和超導的量子模擬。”