热态和预示参数单光子态之间的量子干涉的艺术表现。信贷:眼压

　　发现为研究照片提供了新的起点量子信息系统。

　　来自德国汉诺威莱布尼茨大学(Leibniz University Hannover)和英国格拉斯哥斯特拉斯克莱德大学(University of Strathclyde in Glasgow)的一个国际研究小组已经推翻了先前关于多光子成分在热场(例如阳光)和参数单光子(非线性晶体中产生)干涉效应中的影响的假设。

　　“我们通过实验证明，热光和参数单光子之间的干涉效应也会导致背景场的量子干涉。由于这个原因，不能简单地忽略背景并从计算中减去，就像到目前为止的情况一样，”Michael Kues教授博士说，他是汉诺威莱布尼茨大学光子学研究所所长和凤凰卓越集群董事会成员。

　　对光子学的新见解

　　首席科学家是博士生Anahita Khodadad Kashi，她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，我们已经推翻了先前的有效假设，即多光子成分只会损害可见性，因此可以在计算中减去，”Khodadad Kashi说，并继续说:“我们已经发现了一个新的基本特征，在以前的计算中没有考虑到。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。”

　　新知识是如何产生的

　　科学家们在激光实验室进行实验时偶然发现了他们的发现。他们最初按照原来的计算方法得到了一个否定的结果。Khodadad Kashi说:“但是结果在物理上是不可能的。”团队一起开始对实验装置和计算模型进行故障排除。

　　“当实验结果与预期非常不同时，科学家们开始质疑以前的假设，并寻找新的解释，”Kues说。

　　他们共同发展了用参数单光子热场量子干涉的新理论。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，其中包括在旧金山举行的世界上最大的光学和光子学专家会议Photonics West，吸引了大约22000名参与者。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。《物理评论快报》杂志现在发表了该团队的研究成果。

　　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。Khodadad Kashi说:“这些发现可能对量子密钥分发很重要，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。”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，因此仍需要大量的工作。”

　　参考文献:“单光子态和热场之间的光谱Hong-Ou-Mandel效应:多光子污染和非经典阈值”，作者:Anahita Khodadad Kashi, Lucia Caspani和Michael Kues, 2023年12月4日，物理评论通讯。DOI: 10.1103 / PhysRevLett.131.233601

　　这项研究得到了欧洲研究委员会启动资助项目QFreC的支持。Michael Kues博士教授是德国汉诺威莱布尼茨大学光子学研究所所长，也是卓越凤凰集群:光子学、光学和工程-跨学科创新的董事会成员。凤凰d研究集群由大约120名从事新型集成光学研究的科学家组成。德国研究基金会(DFG)在2019年至2025年期间为凤凰计划提供约5200万欧元的资金。

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