研究人员探讨一种新型集体干扰效应

由实验物理系罗伯特·凯尔(RobertKeil)和托马索·法莱奥(TommasoFaleo)领导的团队在实验室中研究了两个以上粒子的量子系统中纠缠和干涉之间的关系。

他们与德国弗莱堡大学和英国赫瑞瓦特大学的研究人员一起，对多粒子量子系统的行为有了新的认识。在采访中，托马索·法莱奥解释了如何解释两个以上光子的干涉图样。

你们实验物理系的研究小组刚刚在《科学进展》上发表了一篇新的研究论文，论文中你们将迷人的纠缠和干涉量子现象联系在一起。你们的研究目的是什么?

Faleo：这项研究的目的是探索和更好地理解涉及两个以上粒子的系统中纠缠和干涉之间的关系。这种多粒子系统中的干涉动力学特别复杂，而纠缠的存在又增加了一层复杂性。

我们重点研究了当某些粒子处于纠缠状态时干涉图案是如何出现的以及它们的具体特征是什么。

您能简单解释一下纠缠和干扰的含义吗?

纠缠是一种纯粹的量子现象，其中两个或多个粒子的属性相互关联，因此无论它们相距多远，都不能再将它们描述为独立实体。量子力学的这一基本方面困扰着早期的量子物理学研究人员，现在已成为量子技术中多种应用的基础。

在经典物理学中，当波的振幅相加(相互增强)或相减(相互抵消)时，波会产生干涉图案。这类似于量子力学中的干涉，其中不同结果的概率振幅可以结合起来增加或减少某些事件的可能性。

双粒子干涉为这种量子干涉增加了另一层含义，它源于相同粒子之间的不可区分性。1987年，洪、欧和曼德尔首次证明了这种效应，现在它已成为许多光学量子技术的关键。多光子干涉是这种效应扩展到两个以上粒子的延伸。

你研究了两个以上光子的干涉图样。你在实验中看到了什么?

当分析包含两个以上粒子的系统时，干涉图样会变得比基本的Hong-Ou-Mandel实验复杂得多。我们观察到这些图样不仅受到单个粒子的量子态的影响，还受到其中一些粒子之间共享的纠缠的影响。

在我们的干涉场景中，粒子的纠缠弥合了独立干涉仪之间的空间间隙，引入了取决于所有涉及的粒子的整体量子态的干涉图案，并且当一个或多个粒子被排除在动态之外时无法访问。

这些结果为多粒子量子系统的行为以及它们的状态如何影响干涉图案提供了新的见解。

这些发现对于进一步的研究有何启示?

研究结果展示了一种新型的集体干涉效应，它将纠缠与多粒子系统的高度复杂动力学相结合。这有助于我们理解量子力学在多体系统中的工作原理，并有可能带来新的理论见解和量子技术的发展。