干涉 (物理学) (Chinese Wikipedia)

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  • Ca40激發態的兩種衰變路徑,其分別對應的兩個量子態由於量子疊加,衰變過程中發射的兩個光子被糾纏在一起。在此圖中,淡綠色、淡藍色波形線分別表示551.3nm波長與422.7nm波長的光子,是總角量子數,是磁量子數。

    尽管在理论上可以在双缝干涉中每次从相干光源只发射一个光子,根据波函数的统计诠释,经过长时间的积累在屏上将得到经典的干涉条纹;然而在当前的技术下,製備单光子态还十分困难——即使是采用单模激光英语single mode laser作为相干光源,多个光子仍然会彼此非常接近地进入光检测器,这是光子作为玻色子的一种量子效应,稱為光子群聚[6]:253。实际操作中相对可行的办法是产生光子对,从而可以作为产生单光子态的一个近似,此时在一个光子对中第二个光子的频率和传播方向都和第一个光子相关,从而可被看作是单光子的福柯态英语Fock state[6]:254

    常见的产生光子对的方法之一是原子级联英语atomic cascade。如右圖所示,实验中将钙原子激发到61S0态,它们会通过一个二阶辐射过程回到基态,并辐射出波长分别为551.3纳米和422.7纳米的光子对[20]:18-19

    另一种更常见的方法是利用非线性光学中的自發参量下转换,用晶体中的单个紫外光子作为泵浦光,其通过非线性效应产生一个信号光子和一个闲频光子,这两个光子的波长都近似为泵浦光子的波长的2倍,偏振方向都和泵浦光子互相垂直;通过采用双折射晶体可以实现泵浦光和下转换光的相位匹配,从而使输出光强得到最大[21]。产生的两个下转换光子都携带了泵浦光子的相位信息,从而处於一个纠缠态,对信号光子的任何测量都会影响到闲频光子的量子态,反之亦然[22]

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