科学家揭示了经典光场中的量子相干性

通过先进的技术，科学家揭示了经典光场中的量子相干性，他们隔离了表现出量子干涉的子系统，为可扩展的量子技术和对多体系统的新认识铺平了道路。长期以来，理解经典物理学与量子物理学之间的界限一直是科学界面临的一项基本挑战。

传统上，热光场被认为是纯经典的。然而，通过将这些光场分解成更小的多光子子系统，研究人员获得了一个惊人的发现：量子相干性。这种包括粒子干涉在内的现象被认为是量子系统独有的，但它却出现在经典光源中。

将光场分割成量子子系统连接经典物理学与量子物理学

利用光子数分辨探测和轨道角动量（OAM）测量等先进技术，研究小组将经典伪热光场转化为孤立的多光子子系统。在这些子系统中，他们观察到了两种截然不同的行为：

经典相干：大多数子系统的行为都是可预测的，符合经典光学原理。
量子相干：一个较小的子集表现出干扰模式，让人联想到在纠缠光子系统中观察到的量子现象。

经典系统中隐藏的量子动力学

"这一发现表明，即使是经典系统也隐藏着量子动力学，"该研究的第一作者尤成龙教授解释说。"我们揭示了隔离量子系统的新机制，这可能会带来更强大的量子技术。"

该图展示了由具有轨道角动量（OAM）的扭曲路径介导的多粒子散射过程。使用光子数分辨（PNR）探测器测量并关联每条扭曲路径中的光子数。资料来源：Mingyuan Hong

从经典系统中提取量子行为的能力为开发先进量子技术提供了新机遇。从量子成像到量子增强传感器，这项工作为减轻退相干和获取开放系统中的量子特性提供了一个基础平台。

研究结果强调了多体系统中的普遍量子行为，这些行为具有广泛的应用，包括凝聚态物理和量子信息科学。展望未来，这一平台将有助于在室温下设计可扩展的量子技术。

这项研究由路易斯安那州立大学和墨西哥国立自治大学的研究人员合作完成。该研究得到了美国陆军研究办公室、能源部、国家科学基金会和墨西哥国立自治大学的资助。