Nature Physics｜高相干度单光子操纵和识别，迈向量子技术里程碑

悉尼大学和巴塞尔大学的研究人员实现了高相干度少量光子的操纵和识别，达成了量子技术发展的一个重要里程碑。这项研究通过测量一个光子和一对束缚光子之间的时间延迟，即单光子的受激发射，证实了量子光可以使用少量光子实现灵敏的测量。这项技术在生物学、先进制造和量子信息处理等领域有潜在应用。

这项研究是由巴塞尔大学、汉诺威莱布尼茨大学、悉尼大学和波鸿鲁尔大学共同合作完成的，并已在Nature Physics杂志上发表。

光的受激发射是爱因斯坦于1916年提出的理论。该理论广泛应用于产生大量光子，并为激光的发明奠定了基础。在这项研究中，研究人员观察到单个光子的受激发射，这是一项重要的进展。

具体来说，科学家们可以测量一个光子和一对从单个量子点散射的束缚光子之间的直接时间延迟，这种量子点是一种人工制造的原子。

与量子点相互作用后的光子束缚

在通信中使用光纤传输光的优势之一是光子不容易受到相互作用的影响，这创造了以光速近乎无失真的信息传输。然而，有时光子之间的相互作用是有可能的，这可能会导致一些问题。例如，光用于使用干涉技术测量距离的微小变化。此类设备的灵敏度设定受到量子力学定律的限制，即在测量的灵敏度和测量设备中的平均光子数两方面受到制约。

巴塞尔大学的研究人员表示：“本研究的实验在光子之间引起了强烈的相互作用，以至于能够观察到一个光子与它相互作用的光子与两个光子之间的差异。我们观察到，与两个光子相比，一个光子的延迟时间更长。通过这种非常强的光子-光子相互作用，两个光子以所谓的双光子束缚态的形式纠缠在一起。”

理论上，所谓的量子光可以使用更少的光子以更好的分辨率进行更灵敏的测量。这对于生物显微镜的应用很重要，因为高光强会损坏样品，并且待观察的生物特征往往特别小。

本研究通过证明实验上可以识别和操纵光子束缚态，为将量子光用于实际用途迈出了重要的第一步。

这项研究的主要作者Sahand Mahmoodian教授表示，下一步的研究将探索如何使用这种方法来生成对容错量子计算有用的光态。同时，该研究也被认为是巨大的技术进步，能够为生物学、先进制造和量子信息处理等领域提供广泛应用的前景。