量子光是研究量子信息和量子计算的重要工具之一，具有波粒二象性和量子纠缠等独特特性，在通信、传感和计算等领域有广泛应用。量子光的研究和应用对于实现量子通信、量子计算和量子保密等重大应用具有重要意义，是当今量子信息科学领域的热点之一。

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近日，在澳大利亚悉尼大学和瑞士巴塞尔大学的科学家的首次尝试中，他们展示了识别和操纵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。这项前所未有的成就是量子技术发展的一个重要里程碑，该研究于20日发表在《自然·物理》杂志上。

在1916年，爱因斯坦提出了受激发射概念，奠定了激光的基础。在这项新研究中，科学家观察到了单个光子的受激发射。具体来说，他们能够测量一个光子和从单个量子点散射的束缚光子之间的直接时间延迟。量子点是一种人工创造的原子。

研究人员表示，这项成果为操纵所谓的“量子光”打开了大门，同时，这项基础科学研究为量子增强测量技术和光子量子计算的进步开辟了道路。

光与物质相互作用的方式吸引着越来越多的研究，例如通过干涉仪用光来测量距离的微小变化。然而，量子力学定律对这类设备的灵敏度设置了限制：在测量灵敏度和测量设备中的平均光子数之间。

研究人员表示，他们的设备在光子之间产生了强烈的相互作用，从而使他们能够观察到与之相互作用的一个光子与两个光子之间的差异。他们发现，与两个光子相比，一个光子的延迟时间更长。有了这种非常强的光子—光子相互作用，两个光子就会以所谓的双光子束缚态的形式纠缠在一起。

量子光的优势在于，原则上，它可以使用更少的光子以更高的分辨率进行更灵敏的测量。这对于在生物显微镜中的应用非常重要，特别是当光的强度可能会损坏样品，并且科学家需要观察的特征非常微小时。

研究人员表示，通过证明可识别和操纵光子束缚态，这项研究朝着将量子光用于实际用途迈出了至关重要的第一步。同时，可应用同样的原理来开发更高效的设备，以提供光子束缚态，这将在生物研究、先进制造、量子信息处理等领域具有广泛的应用前景。

前瞻经济学人APP资讯组

论文原文：

https://www.nature.com/articles/s41567-023-01994-9

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