對研究這種現(xiàn)象的興趣是由于其在加密、通信和量子計(jì)算方面的巨大應(yīng)用潛力。困難的是，當(dāng)這些系統(tǒng)與它們周圍的環(huán)境相互作用時(shí)，它們幾乎立即變得不相干了。

 

　　在巴西圣保羅大學(xué)物理研究所（IF-USP）的原子和光的相干操縱實(shí)驗(yàn)室（LMCAL）的最新研究中，研究人員成功地開發(fā)了一個(gè)產(chǎn)生兩束糾纏光的光源。有關(guān)這項(xiàng)研究的文章最近發(fā)表在《物理評論快報(bào)》雜志上。

 

　　"這個(gè)光源是一個(gè)光學(xué)參數(shù)振蕩器，或稱OPO，它通常由兩個(gè)鏡子之間的非線性光學(xué)響應(yīng)晶體組成，形成一個(gè)光學(xué)腔體。當(dāng)一束明亮的綠色光束照射在儀器上時(shí)，晶體-鏡子動態(tài)產(chǎn)生兩束具有量子相關(guān)性的光束，"文章的最后一位作者、物理學(xué)家Hans Marin Florez說。

該研究中使用的光學(xué)參數(shù)振蕩器（OPO）。圖像來源:Alvaro Montaña Guerrero

 

　　問題是，基于晶體的OPO發(fā)出的光不能與量子信息背景下的其他感興趣的系統(tǒng)互動，如冷原子、離子或芯片，因?yàn)槠洳ㄩL與相關(guān)系統(tǒng)的波長不一樣。"我們小組在以前的工作中表明，原子本身可以被用作媒介，而不是晶體。因此，我們制作了第一個(gè)基于銣原子的OPO，其中兩個(gè)光束是強(qiáng)烈的量子相關(guān)的，并獲得了一個(gè)可以與其他有可能作為量子存儲器的系統(tǒng)互動的源，如冷原子，"Florez說。

 

　　然而，這并不足以表明這些光束是糾纏在一起的。除了強(qiáng)度之外，與光波同步有關(guān)的光束相位也需要顯示出量子關(guān)聯(lián)性。他說："這正是我們在《物理評論快報(bào)》報(bào)道的新研究中所實(shí)現(xiàn)的。我們重復(fù)了同樣的實(shí)驗(yàn)，但增加了新的檢測步驟，使我們能夠測量所產(chǎn)生的場的振幅和相位中的量子相關(guān)性。結(jié)果，我們能夠證明它們是糾纏在一起的。此外，該檢測技術(shù)使我們能夠觀察到，糾纏結(jié)構(gòu)比通常所描述的要豐富。我們實(shí)際上產(chǎn)生的是一個(gè)由四個(gè)糾纏譜帶組成的系統(tǒng)，而不是兩個(gè)相鄰的譜帶被糾纏在一起。"

 

　　"在這種情況下，波的振幅和相位是糾纏在一起的。這在許多處理和傳輸量子編碼信息的協(xié)議中是基本的。除了這些可能的應(yīng)用，這種光源還可以用于計(jì)量學(xué)。強(qiáng)度的量子關(guān)聯(lián)導(dǎo)致強(qiáng)度波動的大大減少，這可以提高光學(xué)傳感器的靈敏度。想象一下，在一個(gè)聚會上，每個(gè)人都在說話，你聽不到房間另一邊的人說話。如果噪音充分降低，如果每個(gè)人都停止說話，你就可以在很遠(yuǎn)的地方聽到某人說的話。"他補(bǔ)充說，提高用于測量人腦發(fā)出的α波的原子磁力計(jì)的靈敏度是潛在的應(yīng)用之一。

 

　　"文章還指出，與晶體OPO相比，銣質(zhì)OPO還有一個(gè)優(yōu)勢。"Florez說："晶體OPO必須要有鏡，使光在腔內(nèi)保持更長的時(shí)間，這樣相互作用就會產(chǎn)生量子相關(guān)的光束，而使用原子介質(zhì)，在其中產(chǎn)生的兩個(gè)光束比晶體更有效，避免了需要鏡子來禁錮光這么長的時(shí)間。"

 

　　在他的小組進(jìn)行這項(xiàng)研究之前，其他小組曾試圖用原子制造OPO，但未能證明所產(chǎn)生的光束的量子相關(guān)性。新的實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)中沒有內(nèi)在的限制來阻止這種情況的發(fā)生。研究人員發(fā)現(xiàn)，原子的溫度是觀察量子關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵。顯然，其他研究使用了更高的溫度，這讓他們無法觀察到相關(guān)關(guān)系。