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  • 科學家打開了操縱“量子光”的大門

    作者:光行天下小萌新譯 來源:物理學家組織網 時間:2023-03-21 10:41 閱讀:398 [投稿]
    悉尼大學和瑞士巴塞爾大學的科學家首次證明了操縱和識別少量相互作用光子包的能力,這些光子包具有高相關性。

    悉尼大學和瑞士巴塞爾大學的科學家首次證明了操縱和識別少量相互作用光子包的能力,這些光子包具有高相關性。

    這一前所未有的成就是量子技術發展的一個重要里程碑,該研究成果發表在近期的《自然·物理學》上。

    愛因斯坦在1916年提出的受激發光被廣泛觀測到大量光子,并為激光的發明奠定了基礎。通過這項研究,現在已經觀察到單個光子的受激發射。

    具體來說,科學家們可以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。


    光子與人造原子相互作用后如何結合在一起的示意圖

    這項聯合研究的主要作者Sahand Mahmoodian博士說:“這為我們可以稱之為‘量子光’的操縱打開了大門。這項基礎科學為量子增強測量技術和光子量子計算的進步開辟了道路!

    通過觀察一個多世紀前光與物質的相互作用,科學家們發現光既不是粒子束,也不是能量的波動模式,而是同時表現出兩種特征,即波粒二象性。

    光與物質相互作用的方式繼續吸引著科學家和人類的想象力,無論是因為它的理論之美還是它強大的實際應用。

    無論是光如何穿越星際介質的廣闊空間,還是激光的發展,對光的研究都是一門具有重要實際用途的重要科學。如果沒有這些理論基礎,幾乎所有的現代技術都是不可能的。沒有手機,沒有全球通信網絡,沒有電腦,沒有全球定位系統,也沒有現代醫學成像等等。

    在通過光纖進行通信時使用光的一個優點是,光能包光子不容易相互作用,這就產生了以光速近乎無失真的信息傳輸。

    然而,我們有時希望光相互作用。在這里,事情變得棘手。

    例如,光被用來測量距離的微小變化,使用的儀器叫做干涉儀。這些測量工具現在很常見,無論是在先進的醫學成像中,還是在重要但可能更普通的任務中,如進行質量控制,或者以LIGO等復雜儀器的形式,該儀器于2015年首次測量引力波。

    量子力學定律限制了這種器件的靈敏度,這個限制設置在測量的靈敏度和測量設備中光子的平均數量之間。對于經典激光來說,這與量子光不同。

    Mahmoodian博士說:“我們建造的設備誘導了光子之間如此強烈的相互作用,以至于我們能夠觀察到一個光子與其相互作用與兩個光子之間的差異。我們觀察到,與兩個光子相比,一個光子延遲了更長的時間。通過這種非常強的光子-光子相互作用,兩個光子以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,它可以使用更少的光子以更好的分辨率進行更靈敏的測量。當大的光強度會損壞樣品并且要觀察的特征特別小時,這對于生物顯微鏡的應用會很重要。

    Mahmoodian博士說:“通過證明我們可以識別和操縱光子束縛態,我們朝著利用量子光進行實際應用邁出了至關重要的第一步。我研究的下一步是看看如何使用這種方法來生成對容錯量子計算有用的光狀態,這個實驗很漂亮,不僅因為它驗證了一種基本效應,而且它也代表著朝著先進應用邁出了巨大的技術步伐。我們可以應用同樣的原理來開發更高效的設備,為我們提供光子束縛態。這對從生物學到先進制造和量子信息處理等廣泛領域的應用都很有用!

    該研究是巴塞爾大學,漢諾威萊布尼茨大學,悉尼大學和波鴻魯爾大學之間的合作。

    主要作者是巴塞爾大學的Natasha Tomm博士和悉尼大學的Sahand Mahmoodian博士,他是澳大利亞研究委員會未來研究員和高級講師。

    人造原子(量子點)在波鴻制造,并用于巴塞爾大學納米光子學小組進行的實驗。關于這一發現的理論工作由悉尼大學和漢諾威萊布尼茨大學的Mahmoodian博士進行。

    相關鏈接:https://phys.org/news/2023-03-scientists-door-quantum.html

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