量子干涉效应与光的特异性

发布时间：2023-06-19 13:05:44 所属栏目：外闻来源：

导读：不久前比利时布鲁塞尔自由大学的三位物理学研究人员进一步发现了不规则光子不可避免地干涉物理学的一个违反人们的直觉的方面。在本月发表在Nature Photonics上的一篇文章中，他们提出了一个思想实验，与关于光子的所

不久前比利时布鲁塞尔自由大学的三位物理学研究人员进一步发现了不规则光子不可避免地干涉物理学的一个违反人们的直觉的方面。在本月发表在Nature Photonics上的一篇文章中，他们提出了一个思想实验，与关于光子的所谓聚集特性的常识完全矛盾。对这种异常聚集效应的观察似乎不是当今光子技术所能达到的，如果实现，将强烈影响我们对多粒子量子干涉的理解。

量子物理学的基石之一是尼尔斯·玻尔的互补原理，粗略地说，它指出物体的行为可能像粒子或波。这两种相互排斥的描述在标志性的双缝实验中得到了很好的说明，其中粒子撞击包含两个狭缝的板。如果不观察每个粒子的轨迹，则在通过狭缝后收集粒子时会观察到波状干涉条纹。但是，如果观察轨迹，那么边缘就会消失，一切都会发生，就好像我们在经典世界中处理粒子状球一样。

光无法逃脱这种二元性：它可以被描述为电磁波，也可以被理解为由以光速传播的无质量粒子组成，即光子。随之而来的是另一个值得注意的现象：光子聚集。松散地定义，如果没有办法区分光子并知道它们在量子干涉实验中遵循的路径，那么它们往往会粘在一起。

这种光子的聚集效应在经典世界观中几乎无法理解，我们理所当然地认为光子是经典的球，每个经典的球都理所当然地走自己的一条明确的路径。因此，从逻辑上讲，一旦我们能够区分光子并追溯它们所走的路径，预计聚集就会变得不那么明显。这正是人们在实验中观察到的，例如，半透明镜子上的两个入射光子具有不同的偏振或不同的颜色：它们表现得像经典球并且不再聚集。光子束和可区分性之间的这种相互作用通常被认为是反映一个一般规则：对于完全不可区分的光子，束度必须最大，当光子越来越可区分时，束度必须逐渐下降。

尽管困难重重，这一普遍假设最近被布鲁塞尔自由大学布鲁塞尔综合理工学院量子信息与通信中心的一个团队证明是错误的，由尼古拉斯·瑟夫教授领导，在他的博士生Benoît Seron和他的博士后Leonardo Novo博士的协助下，Leonardo Novo博士现在是国际伊比利亚纳米技术实验室的研究员，葡萄牙。

这支比利时团队利用了最新的量子干涉量子物理学和最新的永久非线性数学及其他理论之间的联系。通过利用新近被证明的关于矩阵永久的猜想，他们可以证明可以通过微调光子的偏振来进一步增强光子束。除了对光子干涉的基本物理学感兴趣之外，这种异常的聚集现象应该对量子光子技术产生影响，量子光子技术近年来取得了快速进展。

旨在构建光学量子计算机的实验已经达到了前所未有的控制水平，可以产生许多光子，通过复杂的光学电路进行干扰，并用光子数解析探测器进行计数。因此，清楚地了解光子非对称聚集的各种微妙之处，这与关系到光子的量子特性的玻色子性质有关，广义相对论是这一观点的重要一步。

（编辑：汽车网）

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