研究人員已經(jīng)建立了一種產(chǎn)生高能“量子光”的新機(jī)制的理論，該機(jī)制可用于在原子尺度上研究物質(zhì)的新特性
來(lái)自劍橋大學(xué)的研究人員與來(lái)自美國(guó)、以色列和奧地利的同事一起，開(kāi)發(fā)了一種描述光的新?tīng)顟B(tài)的理論，這種光在很寬的頻率范圍內(nèi)具有可控的量子特性，最高可達(dá) X 射線頻率. 他們的研究結(jié)果發(fā)表在《自然物理學(xué)》雜志上。
我們周圍觀察到的世界可以根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)定律來(lái)描述，但是一旦我們?cè)谠映叨壬嫌^察事物，量子物理學(xué)的奇異世界就會(huì)接管。想象一個(gè)籃球：用肉眼觀察，籃球的運(yùn)動(dòng)符合經(jīng)典物理定律。但是構(gòu)成籃球的原子卻根據(jù)量子物理學(xué)運(yùn)行。
光也不例外：從太陽(yáng)光到無(wú)線電波，它大多可以用經(jīng)典物理學(xué)來(lái)描述。但在微觀和納米尺度上，所謂的量子漲落開(kāi)始發(fā)揮作用，經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法解釋它們。
Pizzi 目前在哈佛大學(xué)工作的Pizzi和以色列理工學(xué)院的 Ido Kaminer 小組以及麻省理工學(xué)院和維也納大學(xué)的同事合作開(kāi)發(fā)了一種理論，該理論預(yù)測(cè)了一種控制光量子性質(zhì)的新方法。
量子漲落使量子光更難研究，但也更重要的是：如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，量子漲落可以成為一種資源，控制量子光的狀態(tài)可以使顯微鏡和量子計(jì)算中的新技術(shù)成為可能。
產(chǎn)生光的主要技術(shù)之一是使用強(qiáng)激光。當(dāng)足夠強(qiáng)的激光指向一組發(fā)射器時(shí)，它可以從發(fā)射器上撕下一些電子并為它們提供能量。最終，其中一些電子與它們從中提取的發(fā)射體重新結(jié)合，它們吸收的多余能量以光的形式釋放出來(lái)。這個(gè)過(guò)程將低頻輸入光轉(zhuǎn)化為高頻輸出輻射。
Pizzi 表示：假設(shè)所有這些發(fā)射器彼此獨(dú)立，導(dǎo)致輸出光中的量子漲落非常無(wú)特征。研究人員想研究一個(gè)系統(tǒng)，其中發(fā)射器不是獨(dú)立的，而是相關(guān)的：一個(gè)粒子的狀態(tài)告訴你另一個(gè)粒子的狀態(tài)。在這種情況下，輸出光開(kāi)始表現(xiàn)得非常不同，它的量子漲落變得高度結(jié)構(gòu)化，并且可能更有用。
為了解決這種被稱為多體問(wèn)題的問(wèn)題，研究人員結(jié)合了理論分析和計(jì)算機(jī)模擬，其中一組相關(guān)發(fā)射器的輸出光可以使用量子物理學(xué)來(lái)描述。
該理論由 Technion 的 Pizzi 和 Alexey Gorlach 領(lǐng)導(dǎo)發(fā)展，證明了可控量子光可以由具有強(qiáng)激光的相關(guān)發(fā)射器產(chǎn)生。該方法產(chǎn)生高能輸出光，可用于設(shè)計(jì) X 射線的量子光學(xué)結(jié)構(gòu)。
有關(guān)研究人員花了幾個(gè)月的時(shí)間使方程式變得越來(lái)越清晰，直到他們達(dá)到了可以用一個(gè)緊湊的方程式描述輸出光和輸入相關(guān)性之間的聯(lián)系的地步。展望未來(lái)，研究人員希望與實(shí)驗(yàn)人員合作，以驗(yàn)證他們的預(yù)測(cè)。在事物的理論方面，他們的工作建議將多體系統(tǒng)作為產(chǎn)生量子光的資源，這是他們想要更廣泛地研究的概念。
