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星星漂浮在黑色背景上的发光分形设计图案上。控制量子特性可以帮助显微镜和计算据激光制造网了解，近日，《自然物理学》杂志上刊发了一项发现：剑桥大学、以色列理工学院和维也纳大学参与的一个项目提出了创造高能“量子光”的新机制，可以帮助工程师更轻松地创造和利用量子特性在广泛频率范围内受到控制的光。
该主题的先前研究包括坦佩雷大学的一个项目，该项目表明，限制特定量子态中光子的数量可以产生与标准聚焦激光束不同的光束，这对于灵敏的距离测量具有潜在价值。
此前，在澳大利亚，麦考瑞大学的一个团队已经使用半导体薄膜将激光转换成具有特定量子特征的单光子，这可用于单光子发射器的加密和计算。
据了解，这一新项目的目标主要是在比往常更宽的光谱范围内产生量子光，解决在宽范围内产生光的光源通常只能进行传统发射的限制。它通过将排放视为多体问题的一种形式来做到这一点，多体问题由多个单独的贡献系统组成。
根据该团队的说法，将激光应用于一组发射器可以将低频输入转换为高频输出，这得益于一种现象，即电子从发射器上剥离，然后与发射器重新结合，并以光的形式释放多余的能量。这通常涉及那些彼此独立的发射器，产生没有重大量子波动的输出。
剑桥大学卡文迪什实验室（Cambridge’s Cavendish Laboratory）进行该研究的安德烈亚·皮齐（Andrea Pizzi）说：“我们想研究一个系统，在这个系统中，发射器不是独立的，而是相互关联的，这么一来，一个粒子的状态就能告诉你另一个粒子状态的一些信息。在这种情况下，输出光开始表现得非常不同，其量子波动变得高度结构化，可能更有用。”
量子波动作为一种实用资源
根据该团队发表在《自然物理学》的论文，发射器之间的相互关联会产生非传统的多光子状态的光，特别是通过高次谐波产生的非线性现象，这会导致光子以驱动场频的倍数发射。
项目负责人说，产生的光中的这种非传统效应可能包括“双峰光子统计、环形维格纳函数和谐波之间的相关性”，该项目还设计了一些建议的实验方案来诱导和控制这些效应。
“我们花了几个月的时间让方程式变得越来越清晰，直到我们能够用一个紧凑的方程式来描述输出光和输入相关性之间的联系，”现供职于哈佛大学的Pizzi说道。
“量子波动使量子光更难研究，但也更有趣，如果设计得当，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中的新技术。”
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