一种产生高能“量子光”的新机制

研究人员提出了一种产生高能“量子光”的新机制，可用于研究原子尺度上的物质新特性。

来自剑桥大学的研究人员以及来自美国，以色列和奥地利的同事们共同开发了一种描述新量子光状态的理论，这种新状态在高达X射线频率的广泛频率范围内具有可控的量子效应，他们的研究结果发表在《自然物理学》杂志上。

我们周围观察到的世界可以根据经典物理学定律来描述，但一旦我们在原子尺度上观察事物，量子物理学的奇异世界就会取而代之。想象一个篮球：用肉眼观察它，篮球的行为符合经典物理学定律。但组成篮球的原子却按照量子物理学的原理来运作。“光也不例外：从阳光到无线电波，它大多可以用经典物理学来描述。但在微观和纳米尺度上，所谓的量子涨落开始发挥作用，经典物理学无法解释它们。”

“量子波动使量子光更难研究，但也更有趣：如果设计正确，量子波动可以成为一种资源，控制量子光的状态可以实现显微镜和量子计算的新技术。”产生光的主要技术之一是使用强激光。当一个足够强的激光指向一组发射器时，它可以将一些电子从发射器上撕下并激发它们。最终，这些电子中的一些与它们被提取的发射器重新结合，它们吸收的多余能量被释放为光。该过程将低频输入光转变为高频输出辐射。

“我们的假设是，所有这些发射器都是彼此独立的，因此输出的光中的量子波动是非常无特征的。我们想研究一个系统，在这个系统中，发射器不是独立的，而是相互关联的：一个粒子的状态告诉你关于另一个粒子状态的一些信息。在这种情况下，输出光开始表现出非常不同的行为，其量子涨落变得高度结构化，并且可控。”

为了解决这类被称为多体问题的问题，研究人员将理论分析和计算机模拟相结合，利用量子物理学可以描述一组相关发射器的输出光。一个重点是，科学家们证明了可控制的量子光可以由具有强激光的相关发射器产生，该方法产生高能输出光，可用于设计X射线的量子光学结构。

“我们花了几个月的时间让方程变得越来越清晰，直到我们能够用一个紧凑的方程来描述输出光和输入相关性之间的联系，我觉得这很美。展望未来，我们希望与实验者合作，对我们的预测进行验证。”

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