研究人员成功生成高强度的量子关联光束

光的量子特性已经应用在各方面。不论是部署于2015年9月、用于探测引力波的激光干涉引力波天文台（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO）近期的灵敏度升级，还是用于卫星车载安全的加密密钥等尖端技术，均利用了光的量子性。

在这两种应用中，都使用晶体作为无噪光放大器。然而实际上，原子蒸气被视为一种更有效的方案，可以使光更易达到非经典光学态。

“我们已证实，基于这种原子放大器的振荡器可以产生具有量子相关性的强光束。” 圣保罗大学物理系的研究员Marcelo Martinelli说，他是本文的共同作者之一。文章发表于Physical Review Letters，描述了由圣保罗基金会资助（FAPESP）的专题项目迄今为止的主要成果。Marcelo Martinelli是该项目的首席研究员。

图1 用于产生量子关联光束的泵浦光（Marcelo Martinelli供图）

晶体和原子蒸气都可以产生量子关联孪生光束，其背后的原理非常复杂：低于一定功率的光束，就如同灯泡中发出的亮光；高于一定功率的光束，其性质更接近激光。“形象地说，晶体和原子蒸气的作用相当于把灯泡发出的亮光转化为激光。在原子介质中比在晶体介质中更易研究这一转换过程，因为原子介质中产生的光束强度更高。”Martinelli说。

研究人员使用了光学腔来进行此项研究，通过控制光学腔的几何形状和原子蒸气的温度，Martinelli及其合作伙伴们最终实现了在更为开放的腔中制造光子耦合。

“相比传统基于晶体的腔，新的技术有两个优点：一是量子效率更高，输出的光子数量很容易就可以超过在环境中损耗的光子数量；二是有机会研究非均匀频率光之间转换更细微的细节，以产生类似激光的高强度光束。” Martinelli说。

此项研究未来可用于控制光学量子噪声的高精度计量学中，以及基于量子纠缠的加密技术中。

文章见：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.083601。