研究人員提出了一種產(chǎn)生高能“量子光”的新機(jī)制，可用于研究原子尺度上的物質(zhì)新特性。

來(lái)自劍橋大學(xué)的研究人員以及來(lái)自美國(guó)，以色列和奧地利的同事們共同開(kāi)發(fā)了一種描述新量子光狀態(tài)的理論，這種新?tīng)顟B(tài)在高達(dá)X射線(xiàn)頻率的廣泛頻率范圍內(nèi)具有可控的量子效應(yīng)，他們的研究結(jié)果發(fā)表在《自然物理學(xué)》雜志上。

我們周?chē)�觀察到的世界可以根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)定律來(lái)描述，但一旦我們?cè)谠�子尺度上觀察事物，量子物理學(xué)的奇異世界就會(huì)取而代之。想象一個(gè)籃球：用肉眼觀察它，籃球的行為符合經(jīng)典物理學(xué)定律。但組成籃球的原子卻按照量子物理學(xué)的原理來(lái)運(yùn)作�！肮庖膊焕�外：從陽(yáng)光到無(wú)線(xiàn)電波，它大多可以用經(jīng)典物理學(xué)來(lái)描述。但在微觀和納米尺度上，所謂的量子漲落開(kāi)始發(fā)揮作用，經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法解釋它們。”

“量子波動(dòng)使量子光更難研究，但也更有趣：如果設(shè)計(jì)正確，量子波動(dòng)可以成為一種資源，控制量子光的狀態(tài)可以實(shí)現(xiàn)顯微鏡和量子計(jì)算的新技術(shù)�！碑a(chǎn)生光的主要技術(shù)之一是使用強(qiáng)激光。當(dāng)一個(gè)足夠強(qiáng)的激光指向一組發(fā)射器時(shí)，它可以將一些電子從發(fā)射器上撕下并激發(fā)它們。最終，這些電子中的一些與它們被提取的發(fā)射器重新結(jié)合，它們吸收的多余能量被釋放為光。該過(guò)程將低頻輸入光轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l輸出輻射。

“我們的假設(shè)是，所有這些發(fā)射器都是彼此獨(dú)立的，因此輸出的光中的量子波動(dòng)是非常無(wú)特征的。我們想研究一個(gè)系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，發(fā)射器不是獨(dú)立的，而是相互關(guān)聯(lián)的：一個(gè)粒子的狀態(tài)告訴你關(guān)于另一個(gè)粒子狀態(tài)的一些信息。在這種情況下，輸出光開(kāi)始表現(xiàn)出非常不同的行為，其量子漲落變得高度結(jié)構(gòu)化，并且可控�！�

為了解決這類(lèi)被稱(chēng)為多體問(wèn)題的問(wèn)題，研究人員將理論分析和計(jì)算機(jī)模擬相結(jié)合，利用量子物理學(xué)可以描述一組相關(guān)發(fā)射器的輸出光。一個(gè)重點(diǎn)是，科學(xué)家們證明了可控制的量子光可以由具有強(qiáng)激光的相關(guān)發(fā)射器產(chǎn)生，該方法產(chǎn)生高能輸出光，可用于設(shè)計(jì)X射線(xiàn)的量子光學(xué)結(jié)構(gòu)。

“我們花了幾個(gè)月的時(shí)間讓方程變得越來(lái)越清晰，直到我們能夠用一個(gè)緊湊的方程來(lái)描述輸出光和輸入相關(guān)性之間的聯(lián)系，我覺(jué)得這很美。展望未來(lái)，我們希望與實(shí)驗(yàn)者合作，對(duì)我們的預(yù)測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證�！�

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