研究人员已经发现了一种从激光束中减去单个光子的方法

在奥胡斯大学和南丹麦大学的合作中，研究人员发现了一种从激光束中减去单个光子的方法。

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这项工作最近已经被推荐发表在Physical Review Letters（“Photon Subtraction by Many-Body Decoherence”）上。

这种方法为未来的量子通信和计算铺平了道路，利用量子力学的精妙进行技术应用。

光是由少量不可分割的能量包或称为光子的粒子组成。光子的定义特性是它们不相互作用，它们只是相互传递而完全不受影响。

在量子通信领域，这是一个非常有用的特性，因为它最终能够在非常大的距离上实现光学编码数据的低损耗传输。然而，许多新兴的量子信息处理新思想将大大受益于使两个光子相互作用的能力，从而可以影响另一个光子的传播或其状态。

在过去的几年中，超冷原子气体已被证明可以提供一种理想的介质来操纵光。例如，使用称为电磁诱导透明度的技术，可以大幅度地改变光传播速度并将光速降低至惊人的每秒几米的慢速度。

也许更引人注目的是，通过将光子转换成介质内的原子激发，可以使光线完全停止。通过逆转这一过程，并将激发映射回光子，该过程实现了光子的量子存储，光子可以根据需要临时存储和恢复。

欧登斯大学的实验团队与来自奥胡斯大学的团队以及马里兰大学联合量子研究所的合作者一起实施了这种光子存储，但是其中有一种特殊形式的原子气体，其中原子组成原子具有强烈的相互作用。

这有效地使得光子在量子存储器中感受彼此的存在，从而使人们在非线性水平上操纵光。利用这个想法，研究小组设计并演示了一种新颖的方法，即用另一束光来从光束中减去单个光子。

总体思路是首先存储一个光场，然后通过介质发送另一个光场。第二光束中的光子会注意到存储的光子，并以其中一个光子被标记且随后在恢复时被去掉的方式与存储光子进行相互作用。被夺走一个光子，原来的光束会处在一个特殊的量子状态，以致于这样的光束本身就有许多科学和技术应用。

实际上，使用这种非线性量子存储来操控光子的基本思想在量子信息科学中有许多不同的应用前景。虽然在这些功能全面投入使用之前还有许多需要了解的内容，但所展示的光子减法器对于基于相互作用光子的量子技术的宏伟蓝图而言是一个重要的里程碑。

原文链接：https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=50123.php（实验帮译）

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