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量子技術發展重要里程碑——

科學家成功控制“量子光”

來源:科技日報 作者:張佳欣 2023年03月22日 09:12

  澳大利亞悉尼大學和瑞士巴塞爾大學的科學家首次展示了識別和操縱少量相互作用的光子(光能包)的能力,這些光子具有高度相關性。這一史無前例的成就是量子技術發展的一個重要里程碑。研究論文20日發表在《自然·物理》雜志上。

  愛因斯坦在1916年提出的受激發射概念,為激光的出現奠定了基礎。而在新研究中,科學家觀察到了單光子的受激發射。具體地說,他們可測量一個光子和一對從單個量子點散射的束縛光子之間的直接時間延遲。量子點是一種人工創造的原子。

  研究人員表示,這為操縱所謂的“量子光”打開了大門。同時,這項基礎科學研究為量子增強測量技術和光子量子計算的進步開辟了道路。

  光與物質相互作用的方式吸引著越來越多的研究,例如干涉儀用光來測量距離的微小變化。然而,量子力學定律對這類設備的靈敏度設定了限制:在測量靈敏度和測量設備中的平均光子數之間。

  研究人員表示,他們建造的設備在光子之間產生了強烈的相互作用,從而使他們能觀察到與之相互作用的一個光子與兩個光子之間的差異。他們看到,與兩個光子相比,一個光子的延遲時間更長。有了這種非常強的光子—光子相互作用,兩個光子就會以所謂的雙光子束縛態的形式糾纏在一起。

  像這樣的量子光的優勢在于,原則上,它可使用更少的光子以更高的分辨率進行更靈敏的測量。這對于在生物顯微鏡中的應用很重要,尤其是當光的強度會損壞樣品,并且科學家需要觀察的特征特別小的時候。

  研究人員表示,通過證明可識別和操縱光子束縛態,新研究朝著將量子光用于實際用途邁出了至關重要的第一步。同時,可應用同樣的原理來開發更高效的設備,以提供光子束縛態,這將在生物研究、先進制造、量子信息處理等領域具有廣泛的應用前景。

  【總編輯圈點】

  光,是一門大學問。研究光如何穿越廣闊的宇宙空間,或研究微觀的光如何表現出波粒二象性,都對現代科學有重要意義。有了對光的了解和操控,才有了現代技術,有了我們熟悉的光纖網絡、電子設備。如今,科研人員成功控制了量子光,這被認為是量子技術發展的里程碑式成果。精確控制量子世界總能激發科學家無窮的探索欲望,此次成果,也能幫助業內發掘相關量子器件的潛力,它在從生物研究到量子信息處理等諸多領域都能發揮重要作用。

(責編:范婉璐)
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