澳大利亞悉尼大學(xué)和瑞士巴塞爾大學(xué)的科學(xué)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(guān)性。這一史無前例的成就是量子技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。研究論文20日發(fā)表在《自然·物理》雜志上。

光子在與人造原子相互作用后結(jié)合在一起（藝術(shù)概念圖）。

圖片來源：瑞士巴塞爾大學(xué)

愛因斯坦在1916年提出的受激發(fā)射概念，為激光的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。而在新研究中，科學(xué)家觀察到了單光子的受激發(fā)射。具體地說，他們可測量一個(gè)光子和一對從單個(gè)量子點(diǎn)散射的束縛光子之間的直接時(shí)間延遲。量子點(diǎn)是一種人工創(chuàng)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(shí)，這項(xiàng)基礎(chǔ)科學(xué)研究為量子增強(qiáng)測量技術(shù)和光子量子計(jì)算的進(jìn)步開辟了道路。

光與物質(zhì)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(xué)定律對這類設(shè)備的靈敏度設(shè)定了限制：在測量靈敏度和測量設(shè)備中的平均光子數(shù)之間。

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

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

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

總編輯圈點(diǎn)：

光，是一門大學(xué)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(xiàn)出波粒二象性，都對現(xiàn)代科學(xué)有重要意義。有了對光的了解和操控，才有了現(xiàn)代技術(shù)，有了我們熟悉的光纖網(wǎng)絡(luò)、電子設(shè)備。如今，科研人員成功控制了量子光，這被認(rèn)為是量子技術(shù)發(fā)展的里程碑式成果。精確控制量子世界總能激發(fā)科學(xué)家無窮的探索欲望，此次成果，也能幫助業(yè)內(nèi)發(fā)掘相關(guān)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(lǐng)域都能發(fā)揮重要作用。