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量子技术发展重要里程碑——科学家成功控制“量子光”

来源:科技日报 张佳欣 访问:454 时间:2023-03-23

澳大利亚悉尼大学和瑞士巴塞尔大学的科学家首次展示了识别和操纵少量相互作用的光子(光能包)的能力,这些光子具有高度相关性。这一史无前例的成就是量子技术发展的一个重要里程碑。研究论文20日发表在《自然·物理》杂志上。

爱因斯坦在1916年提出的受激发射概念,为激光的出现奠定了基础。而在新研究中,科学家观察到了单光子的受激发射。具体地说,他们可测量一个光子和一对从单个量子点散射的束缚光子之间的直接时间延迟。量子点是一种人工创造的原子。

研究人员表示,这为操纵所谓的“量子光”打开了大门。同时,这项基础科学研究为量子增强测量技术和光子量子计算的进步开辟了道路。

光与物质相互作用的方式吸引着越来越多的研究,例如干涉仪用光来测量距离的微小变化。然而,量子力学定律对这类设备的灵敏度设定了限制:在测量灵敏度和测量设备中的平均光子数之间。

研究人员表示,他们建造的设备在光子之间产生了强烈的相互作用,从而使他们能观察到与之相互作用的一个光子与两个光子之间的差异。他们看到,与两个光子相比,一个光子的延迟时间更长。有了这种非常强的光子—光子相互作用,两个光子就会以所谓的双光子束缚态的形式纠缠在一起。

像这样的量子光的优势在于,原则上,它可使用更少的光子以更高的分辨率进行更灵敏的测量。这对于在生物显微镜中的应用很重要,尤其是当光的强度会损坏样品,并且科学家需要观察的特征特别小的时候。

研究人员表示,通过证明可识别和操纵光子束缚态,新研究朝着将量子光用于实际用途迈出了至关重要的第一步。同时,可应用同样的原理来开发更高效的设备,以提供光子束缚态,这将在生物研究、先进制造、量子信息处理等领域具有广泛的应用前景。

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