量子光學(xué)相干性只能通過計算顆粒和光的波動特性來計算。對于理想的激光束，其相干性可以粗略的認(rèn)為是不斷發(fā)射的光子數(shù)進入同相的光束中。這一數(shù)值可以比激光本身的光子數(shù)大得多。理想的激光極限被認(rèn)為是 μ exp（2）的幾次方。在這里，假設(shè)激光產(chǎn)生的光束的性質(zhì)接近激光束且沒有額外的相干源，我們可以實現(xiàn)激光極限的上限值，這一結(jié)果發(fā)表在近日出版的Nature子刊《 Nature Physics》上。

超導(dǎo) 器件可以釋放激光使其在極限量子極限 進行運行的藝術(shù)圖（藝術(shù)家; Ludmila Odintsova）

一個來自澳大利亞的量子理論家團隊為大家展示了如何打破一個信仰，這個信仰是60年以來，根深蒂固的限制激光相干性的基礎(chǔ)理論。

我們的激光模型的概念圖

激光光束的相干性可以認(rèn)為是一定數(shù)量的光子（光的顆?；蚬獾牧Ｗ樱┻B續(xù)發(fā)射進入同一相中的光束中（均一起波動）。這一過程決定著光子如何實現(xiàn)和完成多變的精密的任務(wù)，如控制所有的量子計算機的部件。

如今，來自澳大利亞格里菲斯大學(xué)（Griffith University）和麥考瑞大學(xué)（Macquarie University）的研究人員，以論文題目為“The Heisenberg limit for laser coherence”發(fā)表在Nature子刊《 Nature Physics》上的文章，表明新的量子技術(shù)是如何為實現(xiàn)比傳統(tǒng)大得多 的相干性打開了大門。

傳統(tǒng)的智慧可以追溯到1958年一篇著名的文章，是美國物理學(xué)家Arthur Schawlow 和d Charles Townes發(fā)表的。Howard Wiseman教授說到，他是項目的領(lǐng)導(dǎo)者和 Griffith’量子動力學(xué)研究中心的主任。

以上每一位人員都在激光方面的研究工作獲得過諾貝爾獎。

他們在理論上證明光束的相干不能高于儲存在激光中光子數(shù)的平方，他說到。

但他們假設(shè)了能量是如何施加到激光中的和解釋了它又是如何從光束中進行釋放的。

這一假設(shè)在一定時期內(nèi)聽起來還比較有道理，并且直到今天還依然應(yīng)用在大多數(shù)的激光中，但它并不是量子力學(xué)所需要的。

在我們的論文中，我們?yōu)榇蠹艺故玖耸┘釉诹孔恿W(xué)中的真實的極限，其相干并不能高于儲存在激光中的光子數(shù)的四次方，來自麥考瑞大學(xué)的副教授 Dominic Berry說到。

當(dāng)儲存的光子數(shù)比較巨大的時候，就是其非常典型的狀態(tài)，我們新的上限值比舊的上限值要大得多。是的，

Nariman Saadatmand博士說到，他是教授Wiseman 研究小組的一員。

通過數(shù)值模擬，我們發(fā)現(xiàn)激光的量子力學(xué)模型可以達到相干的理論上的上限值，光束的形式明顯同傳統(tǒng)的激光不同。因此，對于這一新的超級激光我們會看到什么？

可能暫時還不會，Travis Baker先生說到，他是格里菲斯大學(xué)從事該項目研究的一名博士生。

但我們的確證明了它是我們使用超導(dǎo)技術(shù)來構(gòu)筑真實的量子極限激光成為可能，這一技術(shù)同當(dāng)前最好的量子計算機所使用的技術(shù)是一樣的，并且我們提出的器件也許可以應(yīng)用在這一領(lǐng)域中。

我們的工作提出了許多有趣的問題 ，諸如它是否可以允許更有能效的激光，教授Wiseman說到，那將會是非常有益處的一件事情，因此，我們期望能夠自將來研究它。

文章來源：

Baker, T.J., Saadatmand, S.N., Berry, D.W. et al. The Heisenberg limit for laser coherence. Nat. Phys. (2020). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01049-3