中國科技大學(xué)網(wǎng)站消息，該校潘建偉、陸朝陽國內(nèi)外合作者合作，在國際上首次實(shí)驗(yàn)觀察到量子點(diǎn)單光子和太陽光之間的雙光子干涉、量子糾纏以及非定域性。該研究工作把獨(dú)立光子之間的量子干涉實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展到相距1.5億公里的兩個(gè)獨(dú)立光源，首次在天文學(xué)尺度上檢驗(yàn)了量子統(tǒng)計(jì)原理的普適性，并給出了熱光場量子化的直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)。這一研究成果近日以“編輯推薦”的形式發(fā)表于國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》。

獨(dú)立光子之間的量子干涉是很多量子信息技術(shù)的基礎(chǔ)。這個(gè)現(xiàn)象無法用經(jīng)典的電磁波理論解釋，而必須把光場量子化處理。1997年以來，潘建偉和同事們通過對單光子空間、頻率和時(shí)間等量子態(tài)的相干操縱和精確濾波，在國際上引領(lǐng)了多光子糾纏和干涉獨(dú)立的發(fā)展，并系統(tǒng)性地把它應(yīng)用于量子隱形傳態(tài)、遠(yuǎn)距離量子通信、現(xiàn)實(shí)條件下安全的量子密鑰分發(fā)、光學(xué)量子計(jì)算等。

目前，國際上報(bào)道的研究工作已實(shí)現(xiàn)了多種光源間的量子干涉，包括參量下轉(zhuǎn)換、離子阱、冷原子系綜、量子點(diǎn)等。實(shí)現(xiàn)獨(dú)立性越來越高、距離越來越遠(yuǎn)的光源間的量子干涉，可以為量子力學(xué)基礎(chǔ)檢驗(yàn)和長距離量子通信等應(yīng)用提供新的平臺(tái)。

中國科大研究團(tuán)隊(duì)首次提出用太陽這一天然的遠(yuǎn)距離熱光源進(jìn)行量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)。為了清晰地觀察到高對比度的量子干涉，實(shí)驗(yàn)的主要挑戰(zhàn)在于發(fā)展高性能單光子源和多自由度量子擦除技術(shù)。潘建偉、陸朝陽等通過脈沖共振激發(fā)微腔耦合的單量子點(diǎn)，制備了國際上單偏振、高效率、高純度和高全同的綜合性能最優(yōu)的單光子源。

在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)發(fā)展了超窄帶濾波、超快時(shí)間甄別、探測門控、單?？臻g濾波等一整套量子擦除技術(shù)，實(shí)驗(yàn)觀測到了超過50%的經(jīng)典極限的高達(dá)80%的干涉對比度，清晰地證實(shí)了熱光的量子化性質(zhì)，在天文單位的尺度上檢驗(yàn)了量子玻色統(tǒng)計(jì)原理的普適性。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步制備了太陽光光子和量子點(diǎn)單光子之間的保真度達(dá)0.826的糾纏態(tài)，并利用這一無共同歷史來源的糾纏光子對進(jìn)行了貝爾不等式檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)得到了大于3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差的違背，再一次驗(yàn)證了量子力學(xué)的非定域性。

國際評(píng)審專家評(píng)價(jià)了這一工作是“一個(gè)里程碑式的實(shí)驗(yàn)，第一次探索了來自星光的量子現(xiàn)象”、“一個(gè)非凡的成就，可能對未來的研究產(chǎn)生巨大的影響……打開了探索全新現(xiàn)象的道路。”。英國物理學(xué)會(huì)Physics World網(wǎng)站、美國物理學(xué)會(huì)的Physics雜志、美國光學(xué)學(xué)會(huì)的Optics & Photonics News雜志、Phys.Org等國際權(quán)威學(xué)術(shù)和科普媒體都對該工作進(jìn)行了專題亮點(diǎn)報(bào)道。