奇偶时间对称性开辟了控制光的新途径

芬兰坦佩雷大学的研究人员实验证明，量子光子学的研究可以扩大规模，以涵盖比以前认为的更广泛的量子力学。该实验利用了奇偶时间（PT）对称性，这是一个相对较新的参考系，它扩展了传统的Hermitian（厄米共轭）量子力学框架，从而增加了可以用量子理论描述的系统数量。研究人员在PT对称系统中演示了双光子量子干涉，实验装置基于Hong-Ou-Mandel（HOM）效应， 两个光子在分束器内合并。为了监视其量子干扰，将光电探测器放置在分束器的两个输出端口中的每个端口上。

图1：光子相关性和PT对称性相结合。

尽管进入分束器时光子开始朝不同的方向传播，但两个光子将始终一起从分束器同一输出端口输出。研究人员说，这种现象称为光子聚束，是HOM效应的核心。当光子到达检测器时，它会发出咔哒声。如果两个检测器同时发出咔嗒声，则意味着光子从不同的输出端口离开系统，并且它们将彼此区分。Marco Ornigotti教授说：“另一方面，如果一个探测器发出咔嗒声而另一个探测器没有发出咔嗒声，我们可以确定光子是无法区分的。”换句话说，它们聚集在一起。在这种情况下，两个光子的量子特性将很明显地存在，（我们正在研究的就是这种情况。）这种现象只有在两个光子完全同时进入分束器时才能观察到。

研究人员使用由两个波导组成的PT对称分束器测试了HOM干扰：一个经历损耗，一个没有损耗。他们发现，当光子进入有损耗环境时，它们成束在一起，比在Hermitian集成分束器中进行相同实验的规模小。“我们使用了光非常基本的量子特性，即双光子干涉，首次表明光是在PT对称环境中而不是传统的Hermitian环境中演化的事实，使得光子聚集发生早于预期，” Ornigotti说。尽管必须仔细设计实验装置以符合PT对称性的要求，但这一发现有一天可能会用于量子计算机。现有的量子计算机对所有外部干扰都很敏感，必须隔离并保持在接近绝对零的温度下，这使它们的价格过高。Ornigotti说：“光动力量子计算机的发展将是几十年前电子技术和传统计算机发明的重大突破。”“这样的量子计算机将能够在室温下运行，并且很容易适应大规模生产。”