悉尼大学和瑞士巴塞尔大学的科学家们首次展示了操纵和识别少量相互作用的光子(光能包)的能力，这些光子具有高度相关性。
这一前所未有的成就代表了量子技术发展的一个重要里程碑。它今天发表在《自然物理学》上。
爱因斯坦于 1916 年提出的受激光发射被广泛观察到大量光子，并为激光的发明奠定了基础。通过这项研究，现在已经观察到单光子的受激发射。
具体来说，科学家们可以测量一个光子和一对从单个量子点散射的束缚光子之间的直接时间延迟，量子点是一种人工制造的原子。
“这为操纵我们所谓的‘量子光’打开了大门，” 悉尼大学物理学院的Sahand Mahmoodian博士和该研究的联合主要作者说。
Mahmoodian 博士说：“这项基础科学为量子增强测量技术和光子量子计算的进步开辟了道路。”
通过观察一个多世纪前光与物质的相互作用，科学家们发现光不是一束粒子，也不是能量的波动模式——而是表现出这两种特性，即波粒二象性。
光与物质相互作用的方式继续吸引着科学家和人类的想象力，无论是因为它的理论美还是强大的实际应用。
无论是光如何穿越星际介质的广阔空间，还是激光的发展，对光的研究都是一门具有重要实际用途的重要科学。没有这些理论基础，几乎所有的现代技术都不可能实现。没有手机，没有全球通信网络，没有电脑，没有 GPS，没有现代医学成像。
在通信中使用光的一个优势——通过光纤——是光能包，光子，不容易相互影响。这会以光速创建近乎无失真的信息传输。
然而，我们有时希望光能相互作用。在这里，事情变得棘手。
例如，光用于使用称为干涉仪的仪器测量距离的微小变化。这些测量工具现在已经司空见惯，无论是在先进的医学成像中，用于重要但可能更平淡的任务，例如对牛奶进行质量控制，还是以复杂仪器的形式出现，例如 LIGO，它于 2015 年首次测量了引力波。
量子力学定律对此类设备的灵敏度设定了限制。
此限制设置在测量的灵敏度和测量设备中的平均光子数之间。对于经典激光，这与量子光不同。
共同第一作者、巴塞尔大学的 Natasha Tomm 博士说：“我们建造的设备在光子之间产生了如此强烈的相互作用，以至于我们能够观察到一个光子与两个光子相互作用之间的差异。
“我们观察到，与两个光子相比，一个光子的延迟时间更长。通过这种非常强的光子-光子相互作用，两个光子以所谓的双光子束缚态的形式纠缠在一起。”
像这样的量子光的优势在于，原则上它可以使用更少的光子进行更灵敏的测量，分辨率更高。这对于生物显微镜的应用很重要，因为大的光强度会损坏样品并且要观察的特征特别小。
Mahmoodian 博士说：“通过证明我们可以识别和操纵光子束缚态，我们朝着将量子光用于实际用途迈出了重要的第一步。”
“我研究的下一步是了解如何使用这种方法来生成对容错量子计算有用的光态，PsiQuantum 和 Xanadu 等价值数百万美元的公司正在追求这种计算。”
Tomm 博士说：“这个实验很漂亮，不仅因为它验证了一种基本效应——受激发射——处于其极限，而且它还代表了向高级应用迈出的巨大技术进步。
“我们可以应用相同的原理来开发更高效的设备，为我们提供光子束缚态。这对于广泛领域的应用非常有前途：从生物学到先进制造和量子信息处理。”
该研究是巴塞尔大学、汉诺威莱布尼茨大学、悉尼大学和波鸿鲁尔大学之间的合作。
主要作者是巴塞尔大学的Natasha Tomm 博士和悉尼大学的 Sahand Mahmoodian 博士，他是澳大利亚研究委员会未来研究员和高级讲师。
人造原子(量子点)在波鸿制造，并用于巴塞尔大学纳米光子学小组进行的实验。这一发现的理论工作由悉尼大学的 Mahmoodian 博士和汉诺威莱布尼茨大学进行。
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