透過先進的技術，科學家揭示了經典光場中的量子相干性，他們隔離了表現出量子乾涉的子系統，為可擴展的量子技術和對多體系統的新認識鋪平了道路。長期以來，理解經典物理學與量子物理學之間的界線一直是科學界面臨的基本挑戰。

傳統上，熱光場被認為是純經典的。 然而，透過將這些光場分解成更小的多光子子系統，研究人員獲得了一個驚人的發現：量子相干性。 這種包括粒子乾涉在內的現像被認為是量子系統獨有的，但它卻出現在經典光源中。

將光場分割成量子子系統連接經典物理學與量子物理學

利用光子數分辨偵測和軌道角動量（OAM）測量等先進技術，研究團隊將經典偽熱光場轉換為孤立的多光子子系統。 在這些子系統中，他們觀察到了兩種截然不同的行為：

經典相干：大多數子系統的行為都是可預測的，符合經典光學原理。

量子相干： 一個較小的子集表現出乾擾模式，讓人聯想到在糾纏光子系統中觀察到的量子現象。

經典系統中隱藏的量子動力學

“這項發現表明，即使是經典系統也隱藏著量子動力學，”該研究的第一作者尤成龍教授解釋。 “我們揭示了隔離量子系統的新機制，這可能會帶來更強大的量子技術。”

該圖展示了由具有軌道角動量（OAM）的扭曲路徑介導的多粒子散射過程。 使用光子數分辨（PNR）偵測器測量並關聯每個扭曲路徑中的光子數。 資料來源：Mingyuan Hong

從經典系統中提取量子行為的能力為開發先進量子技術提供了新機會。 從量子成像到量子增強感測器，這項工作為減輕退相干和獲取開放系統中的量子特性提供了一個基礎平台。

研究結果強調了多體系統中的普遍量子行為，這些行為具有廣泛的應用，包括凝聚態物理和量子資訊科學。 展望未來，這項平台將有助於在室溫下設計可擴展的量子技術。

這項研究由路易斯安那州立大學和墨西哥國立自治大學的研究人員合作完成。 該研究得到了美國陸軍研究辦公室、能源部、國家科學基金會和墨西哥國立自治大學的資助。

DOI：10.1186/s43074-024-00153-4

編譯自/ scitechdaily