研究人员设计出一条通往 "量子光 "的新路径
发布时间：2023-02-10 11:02:13 阅读数： 307
研究人员提出了一种产生高能 "量子光 "的新机制，该机制可用于研究原子尺度上的物质新特性。
来自剑桥大学的研究人员与来自美国、以色列和奥地利的同事一起，开发了一种描述新的光态的理论，这种光在广泛的频率范围内具有可控的量子特性，最高可达X射线频率。他们的结果在《自然-物理学》杂志上报告。
我们观察到的周围世界可以根据经典物理学定律来描述，但一旦我们在原子尺度上观察事物，奇怪的量子物理学世界就会接管。想象一下一个篮球：用肉眼观察它，篮球的行为符合经典物理学的规律。但组成篮球的原子却按照量子物理学的规律行事。
"光也不例外：从太阳光到无线电波，它大多可以用经典物理学来描述。"主要作者安德烈亚-皮齐博士说，他在剑桥大学卡文迪许实验室进行了这项研究。"但在微观和纳米尺度上，所谓的量子波动开始发挥作用，经典物理学无法解释它们。
目前在哈佛大学工作的Pizzi与以色列理工学院的Ido Kaminer小组以及麻省理工学院和维也纳大学的同事合作，开发了一种理论，预测了控制光的量子性质的新方法。
"皮齐说："量子波动使量子光更难研究，但也更有趣：如果正确设计，量子波动可以成为一种资源。"控制量子光的状态可以实现显微镜和量子计算的新技术。"
产生光的主要技术之一是使用强激光。当足够强的激光对准发射器的集合时，它可以将一些电子从发射器上扯下来，并使它们获得能量。最终，其中一些电子与它们被提取出来的发射器重新结合，它们吸收的多余能量被释放为光。这个过程将低频输入的光变成了高频输出的辐射。
"假设一直是所有这些发射器彼此独立，导致输出光中的量子波动相当无特征，"Pizzi说。"我们想研究一个系统，其中发射器不是独立的，而是相关的：一个粒子的状态告诉你关于另一个粒子的状态的东西。在这种情况下，输出的光开始表现得非常不同，它的量子波动变得高度结构化，而且可能更有用。"
为了解决这种类型的问题，即所谓的多体问题，研究人员使用了理论分析和计算机模拟的结合，来自一组相关发射器的输出光可以用量子物理学来描述。
该理论由皮齐和以色列理工学院的阿列克谢-戈拉奇领导开发，证明了可控的量子光可以由相关发射器与强激光产生。该方法可产生高能量的输出光，并可用于设计X射线的量子光学结构。
"我们工作了几个月，使方程越来越干净，直到我们达到了只用一个紧凑的方程就能描述输出光和输入相关性之间的联系。作为一个物理学家，我觉得这很美，"Pizzi说。
"展望未来，我们希望与实验者合作，对我们的预测进行验证。在理论方面，我们的工作表明多体系统是产生量子光的资源，我们希望更广泛地研究这一概念，而不是在这项工作中考虑的设置。"
更多信息。尼古拉斯-里维拉，强驱动多体系统的光发射，《自然-物理》（2023）。DOI: 10.1038/s41567-022-01910-7. www.nature.com/articles/s41567-022-01910-7
本文由光电查搜集整理，未经同行评议，请自行判断可信度。仅供学习使用。
