納米科學(xué)和納米技術(shù)中心的物理學(xué)家第一次證明：光的直接產(chǎn)生是同時存在一個光子、兩個光子和沒有光子的狀態(tài)。研究指出，使用了幾十年的同一種光發(fā)射器也能產(chǎn)生這些量子態(tài)，并期望這對任何一種原子系統(tǒng)都適用。

量子疊加是量子物理的一種性質(zhì)，它能讓粒子以不同的狀態(tài)同時存在，著名的理論例子是薛定諤的貓，它既是死的又活是的。

讓我們想象一只老鼠試圖找到迷宮的出口，在經(jīng)典領(lǐng)域，它會嘗試每一條路徑，一次一個，直到最終找到出口。然而，在量子世界中，疊加態(tài)能讓老鼠同時嘗試所有不同的路徑，因此更快地找到出口。對于光，疊加態(tài)已經(jīng)在它的幾個性質(zhì)中被顯示出來。例如，在偏振中，單個光子的電磁場在垂直和水平方向上振蕩，或者在一條路徑上振蕩，在干涉儀中獲得所有可能的軌跡，就像光子迷宮一樣。在時間上疊加也是可能的，光子在早期和后期同時存在。

然而，創(chuàng)造同時只有一個光子，兩個光子，或者根本沒有光子的光，換句話說，“光子數(shù)”的量子疊加，仍然難以捉摸。一些復(fù)雜的實驗已經(jīng)多次實現(xiàn)了這些疊加態(tài)，但從來沒有按需實現(xiàn)過，這意味著每次實驗都取得了成功。目前還不知道這些狀態(tài)的直接發(fā)射器是否存在。在《自然光子學(xué)》期刊上發(fā)表的一篇研究論文中，來自CNRS和合作者的研究人員首次證明了光子數(shù)量子疊加中按需產(chǎn)生的光。科學(xué)家研究了人工原子的發(fā)射，這是一個插入光學(xué)微腔的半導(dǎo)體量子點。

該研究的主要作者胡安·洛雷多和卡洛斯·安東指出：通過用光脈沖對量子點進行相干激發(fā)，發(fā)現(xiàn)原子態(tài)的量子相干是通過自發(fā)發(fā)射過程保存下來的，并被印在發(fā)射的光子態(tài)上，產(chǎn)生了0、1和2個光子的量子疊加。這種從未在任何原子系統(tǒng)中見過的觀察結(jié)果表明，像量子點這樣的人工原子現(xiàn)在被控制到這樣一個程度，即它們的行為與教科書中描述的系統(tǒng)相同。這些基于光子數(shù)相干疊加的光量子態(tài)為設(shè)計和實現(xiàn)量子通信、量子計算中的新方案開辟了令人興奮的途徑。

博科園｜研究/來自：納米科學(xué)和納米技術(shù)中心

參考期刊《自然光子學(xué)》

DOI: 10.1038/s41566-019-0506-3

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