科学家首次制造单个光子全息图 曾被认为不可能

科技日报北京7月21日电 (记者刘霞)据美国商业内幕网站(Business Insider)消息波兰华沙大学科学家首次制造出单个光子全息图。他们表示,最新研究可强化科学家对量子力学的理解,赋予他们一种看待量子现象的新方式,有望开启一个全新的量子全息术时代

全息成像与摄影术不同,可以重现物体空间结构,让人们看清其三维形状。全息术利用经典干涉现象——两束波相遇会形成一束新波,但由于光子的相位(波的一种属性)一直在波动,经典干涉无法用光子做实验。在最新研究中,华沙大学的物理学家通过使用量子干涉获得了光子的全息图,同时发现,在量子干涉中,光子的波函数相互影响

研究人员解释称,波函数是量子力学的一个基本概念,与粒子处于某一特定状态可能性相关联,也是薛定谔方程核心,在有经验的物理学家手中,这一函数能被用来“构建”一个量子粒子系统模型

当为光子对拍照时,研究人员拉多斯瓦夫·夏拉皮凯威克兹和迈克尔·贾彻拉注意到双光子干涉现象。在双光子干涉中,当进入分束器时,可区别的光子对随机地活动,但不可区别的光子对则表现出量子干涉,这影响了它们的行为:这些光子对要么被一起传输,要么被一起反射。

夏拉皮凯威克兹说:“我们想知道,双光子量子干涉是否同全息术中的经典干涉一样,可用状态已知的光子进一步获得状态未知光子的信息分析让我们得出了一个令人吃惊的结论,当两个光子表现出量子干涉时,这一干涉过程取决于其波阵面(同一波阵面上各点的振动位相相同)的形状。”

研究人员表示,最新实验对理解量子力学的基本法则有重要意义,也有助于更好地理解波函数的本质。他们希望,借用这一方法制造出更复杂量子物体的全息图。

圈点

这是一项长期以来都被认为不可能成功的实验。因为光子的相位时常波动,经典干涉是不会发生的,也就是说它的成功违背物理学基本定律。但如今波兰科学家借助量子干涉实现了量子全息图,这一成就不但意味着量子全息摄影进入一个新时代,也给予科学家们一种观察量子现象的新方式。