单个原子受到激光的激发，使光子一个接一个地散射出去。光学滤光片从单光子流中去除某些颜色成分。这使得剩余的光子成对地同时离开滤光片。资料来源:柏林大学物理系Humboldt-Universit?t
DAALI项目的合作伙伴柏林洪堡大学的研究人员进行了演示描述了在单个原子的荧光灯下出现的令人惊讶的效应。
由柏林洪堡大学物理系的j
1900年，马克斯·普朗克提出了一个假设，即光不能与物质(如原子)交换任意数量的能量，而只能与某些被称为量子的离散“能量包”交换。五年后，阿尔伯特·爱因斯坦提出，这些量子不仅仅是计算量，而是光本身由量子组成，我们现在称之为光子。事实上，现在已经有足够灵敏的光电二极管可以记录单个光子。在连续照明的情况下，它们不会产生稳定的电信号，而是产生一系列短电流脉冲。然后，每个电流脉冲表示检测到单个光子。
在放大镜下:激光散射
如果单个原子的光被激光束激发发出荧光，照射到这样一个高度敏感的光电二极管上，两个光子将永远不会同时被探测到。在这方面，单个原子发出的荧光不同于激发它的激光，因为光子确实在激光中同时出现。但如果两个激光光子同时撞击一个原子，原子只会吸收一个光子，而允许第二个光子通过。随后，原子将被吸收的激光光子向随机方向辐射，只有这样它才准备好吸收另一个激光光子。
换句话说，单个原子一次只能散射一个光子，而单个原子的荧光中的光子撞击探测器时，就像一根弦上的珍珠一样排成一排。这个特性在DAALI项目和其他量子技术研究中得到了利用。例如，在量子通信中，由天然或人造原子发射的单光子用于防窃听通信。
光子对的惊人发现
然而，洪堡大学的研究小组现在已经能够利用单个原子的荧光灯证明一种非常惊人的效果。当科学家借助滤光片从光中去除某种颜色成分时，单光子流就会转化为同时被检测到的光子对。
因此，通过从单光子流中移除正确的光子，剩下的光子就会突然成对出现。这种效应与我们对日常世界的感知是无法调和的;如果你禁止所有的绿色汽车在一条街上行驶，那么剩下的绿色汽车就不会突然成对地并排行驶。
此外，先前单个原子一次只能散射一个光子的确定性似乎也被推翻了:当通过合适的滤色器观察时，原子能够很好地同时散射两个光子。
大约40年前，巴黎高等教育学院的让·达利巴德和塞尔日·雷诺在他们关于原子散射光的理论工作中就预测到了这种效应。然而，直到现在，由量子物理学家j
“这是一个很好的例子，当我们试图了解微观层面上的过程是如何发生的时候，我们的直觉在多大程度上失败了，”j
Arno Rauschenbeutel补充道:“然而，这不仅仅是一种好奇心。“事实上，产生的光子对是量子力学纠缠的。因此，在两个光子之间的距离上存在着爱因斯坦不愿相信的可怕作用，例如，由于人们可以传送量子态。”
Volz和Rauschenbeutel同意:“单个原子是这种纠缠光子对的理想来源，直到最近才有人相信这一点。”
事实上，所演示的效果有助于实现纠缠光子对的光源，其亮度达到理论上可能的最大值，从而超过现有的光源。此外，光子对本质上与发射它们的原子相匹配。这使得人们可以直接将光子与使用相同原子的量子中继器或量子门连接起来，这是长距离量子通信所必需的。
参考文献:“关于单个两能级原子对两个光子的同时散射”，作者:Luke Masters, Xin-Xin Hu, Martin Cordier, Gabriele Maron, Lucas Pache, Arno Rauschenbeutel, Max Schemmer和j
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我是文学号的签约作者“宁首”！
希望本篇文章《量子奇遇：原子产生纠缠光子对》能对你有所帮助！
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