(原標題:單光子全息圖首次「出爐」 有望開啟量子全息術新時代)
科技日報北京7月21日電 (記者劉霞)據美國商業內幕網站(Business Insider)消息,波蘭華沙大學的科學家首次製造出單個光子的全息圖。他們表示,最新研究可強化科學家對量子力學的理解,賦予他們一種看待量子現象的新方式,有望開啟一個全新的量子全息術時代。
全息成像與攝影術不同,可以重現物體的空間結構,讓人們看清其三維形狀。全息術利用了經典的幹涉現象——兩束波相遇會形成一束新波,但由於光子的相位(波的一種屬性)一直在波動,經典幹涉無法用光子做實驗。在最新研究中,華沙大學的物理學家通過使用量子幹涉獲得了光子的全息圖,同時發現,在量子幹涉中,光子的波函數相互影響。
研究人員解釋稱,波函數是量子力學的一個基本概念,與粒子處於某一特定狀態的可能性相關聯,也是薛丁格方程的核心,在有經驗的物理學家手中,這一函數能被用來「構建」一個量子粒子系統的模型。
當為光子對拍照時,研究人員拉多斯瓦夫·夏拉皮凱威克茲和麥可·賈徹拉注意到雙光子幹涉現象。在雙光子幹涉中,當進入分束器時,可區別的光子對隨機地活動,但不可區別的光子對則表現出量子幹涉,這影響了它們的行為:這些光子對要麼被一起傳輸,要麼被一起反射。
夏拉皮凱威克茲說:「我們想知道,雙光子量子幹涉是否同全息術中的經典幹涉一樣,可用狀態已知的光子進一步獲得狀態未知光子的信息。分析讓我們得出了一個令人吃驚的結論,當兩個光子表現出量子幹涉時,這一幹涉過程取決於其波陣面(同一波陣面上各點的振動位相相同)的形狀。」
研究人員表示,最新實驗對理解量子力學的基本法則有重要意義,也有助於更好地理解波函數的本質。他們希望,借用這一方法製造出更複雜量子物體的全息圖。
圈點
這是一項長期以來都被認為不可能成功的實驗。因為光子的相位時常波動,經典幹涉是不會發生的,也就是說它的成功違背物理學基本定律。但如今波蘭科學家藉助量子幹涉實現了量子全息圖,這一成就不但意味著量子全息攝影進入一個新時代,也給予科學家們一種觀察量子現象的新方式。