从0到1！科学家首次成功操纵“量子光”，实现基础科学重大突破？

《自然·物理》杂志3月20日发表了一篇论文，一个国际科学家团队首次成功操纵了彼此关联的光子，这是量子领域的一个重大突破，可能会带来我们目前甚至无法想象的技术，例如利用光量子来制造更好的量子计算机。

这个团队来自瑞士巴塞尔大学、澳大利亚悉尼大学和德国波鸿鲁尔大学等机构，科学家们制造了一个设备，可以向一个量子点（一个人工创造的原子）同时发射一个单光子和一对束缚光子，并诱发了强烈的相互作用，可以测量出单光子和束缚光子之间的直接时间延迟。

这台设备是利用受激发射来建立光子的束缚态的，受激发射我们并不陌生，这是爱因斯坦1916年首次描述的。

光的发射过程分两种，一种是没有外来光子时，处于高能级的电子自发向低能级跃迁，发射一个光子，这叫自发跃迁。

另一种是处于高能级的电子受到光子激发，跃迁至低能级并辐射一个完全相同的光子，这叫受激发射跃迁。

受激辐射和自发辐射的最大区别，就是受激发光的相位、偏振方向和传播方向与激发光完全相同，激光就是根据这个原理来的。

所以你就可以知道了，受激发射已经是一种“古老”的技术了，毕竟激光已经发明那么多年了。

然而激光是利用镜子不断反射激发更多光子，最终形成一束完美同步，可以在很远距离上聚焦的光线，这意味着所有激光都包含着大量的光子。

而科学家们这次的重大突破，就是实现了对单个光子及来自单个原子的小群光子的受激发射和探测，并导致它们强相关，从而形成了“量子光”。

在实验中科学家们发现，单光子、双光子和三光子束缚态会产生不同的时间延迟，单光子的时间延迟最长，光子数越多就越短。

科学家们认为这是一个巨大的进步，证明他们已经可以识别和操纵光子的束缚态，并向实际利用量子光迈出了至关重要的第一步。这又是一个从0到1的巨大突破吗？

论文作者、悉尼大学物理学家萨汉德·马哈茂德（Sahand Mahmoodian）说，这打开了操纵我们称之为“量子光”的大门，这一基础科学为量子增强测量技术和光量子计算的进步开辟了道路（This fundamental science opens the pathway for advances in quantum-enhanced measurement techniques and photonic quantum computing）。

科学家们已经雄心勃勃，准备利用相同的原理开发出更有效的设备，来提供束缚态的光子，在广泛的应用领域大显身手，包括生物研究、先进制造、医学成像、量子信息处理等，都可能通过新的设备获得巨大的飞跃。

论文：https://www.nature.com/articles/s41567-023-01997-6