量子光是研究量子信息和量子計算的重要工具之一，具有波粒二象性和量子糾纏等獨特特性，在通信、傳感和計算等領域有廣泛應用。量子光的研究和應用對于實現量子通信、量子計算和量子保密等重大應用具有重要意義，是當今量子信息科學領域的熱點之一。

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近日，在澳大利亞悉尼大學和瑞士巴塞爾大學的科學家的首次嘗試中，他們展示了識別和操縱少量相互作用的光子（光能包）的能力，這些光子具有高度相關性。這項前所未有的成就是量子技術發展的一個重要里程碑，該研究于20日發表在《自然·物理》雜志上。

在1916年，愛因斯坦提出了受激發射概念，奠定了激光的基礎。在這項新研究中，科學家觀察到了單個光子的受激發射。具體來說，他們能夠測量一個光子和從單個量子點散射的束縛光子之間的直接時間延遲。量子點是一種人工創造的原子。

研究人員表示，這項成果為操縱所謂的“量子光”打開了大門，同時，這項基礎科學研究為量子增強測量技術和光子量子計算的進步開辟了道路。

光與物質相互作用的方式吸引著越來越多的研究，例如通過干涉儀用光來測量距離的微小變化。然而，量子力學定律對這類設備的靈敏度設置了限制：在測量靈敏度和測量設備中的平均光子數之間。

研究人員表示，他們的設備在光子之間產生了強烈的相互作用，從而使他們能夠觀察到與之相互作用的一個光子與兩個光子之間的差異。他們發現，與兩個光子相比，一個光子的延遲時間更長。有了這種非常強的光子—光子相互作用，兩個光子就會以所謂的雙光子束縛態的形式糾纏在一起。

量子光的優勢在于，原則上，它可以使用更少的光子以更高的分辨率進行更靈敏的測量。這對于在生物顯微鏡中的應用非常重要，特別是當光的強度可能會損壞樣品，并且科學家需要觀察的特征非常微小時。

研究人員表示，通過證明可識別和操縱光子束縛態，這項研究朝著將量子光用于實際用途邁出了至關重要的第一步。同時，可應用同樣的原理來開發更高效的設備，以提供光子束縛態，這將在生物研究、先進制造、量子信息處理等領域具有廣泛的應用前景。

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論文原文：

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

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