研究人员在光的量子干涉中发现了新的多光子效应

热态和预示的参数单光子态之间的量子干涉的艺术表现。

来自德国汉诺威莱布尼茨大学和格拉斯哥斯特拉斯克莱德大学（英国）的一个国际研究小组推翻了以前关于多光子成分对热场（例如太阳光）和参数单光子（在非线性晶体中产生）干涉效应的影响的假设。《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志发表了该团队的研究成果。

“我们通过实验证明，热光和参量单光子之间的干涉效应也会导致对背景场的量子干涉。出于这个原因，不能简单地忽视背景，并从计算中减去背景，就像到目前为止的情况一样，“汉诺威莱布尼茨大学光子学研究所所长兼PhoenixD卓越集群董事会成员Michael Kues教授博士说。

领先的科学家是博士生Anahita Khodadad Kashi，他在光子学研究所从事光子量子信息处理的研究。她研究了所谓的Hong-Ou-Mandel效应（一种量子干涉效应）的可见性如何受到多光子污染的影响。

“通过我们的实验，我们推翻了以前有效的假设，即多光子分量只会损害能见度，因此可以在计算中减去，”Khodadad Kashi说。“我们发现了一个新的基本特征，这在以前的计算中没有考虑过。我们新开发的模型可以预测量子干涉，我们可以在实验中测量这种效应。

如何创造新知识

科学家们在激光实验室进行实验时发现了他们的发现。当他们最初遵循原始计算方法时，他们得到了阴性结果。“但结果在物理上是不可能的，”Khodadad Kashi说。该团队一起开始对实验设置和计算模型进行故障排除。

“当实验结果与预期大不相同时，科学家们开始质疑以前的假设并寻找新的解释，”Kues说。

他们共同开发了用参数单光子对热场进行量子干涉的新理论。来自格拉斯哥斯特拉斯克莱德大学的量子研究员Lucia Caspani是第一个测试这种方法的人。下一步，Khodadad Kashi在国际会议上展示了她的理论和实验结果，包括旧金山的Photonics West。在那里，她与其他科学家讨论了她的模型，并得到了结果的确认。

通过新的理论和实验验证，Kues的团队为更好地理解量子现象做出了重要贡献。“这些发现对于量子密钥分发可能很重要，这对于未来的安全通信是必要的，特别是如何解释量子干扰效应以生成密钥，”Khodadad Kashi说。

然而，许多问题仍未得到解答，Kues说。“对多光子效应的研究很少，所以仍然需要做很多工作。

更多信息：Anahita Khodadad Kashi 等人，预示单光子状态和热场之间的光谱 Hong-Ou-Mandel 效应：多光子污染和非经典性阈值，物理评论快报（2023 年）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.131.233601

期刊信息： Physical Review Letters