单光子全息图首次“出炉” 有望开启量子全息术新时代

刘霞

2016年07月22日  来源：中国科技网-科技日报

　　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，波兰华沙大学的科学家首次制造出单个光子的全息图。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，可以重现物体的空间结构，让人们看清其三维形状。全息术利用了经典的干涉现象——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的可能性相关联，也是薛定谔方程的核心，在有经验的物理学家手中，这一函数能被用来“构建”一个量子粒子系统的模型。

　　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。

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　　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。