将不可能变为可能

直到最近，科学家都认为这是一项不可能完成的任务，因为这不被基本物理定律允许。但是，波兰华沙大学的一个科学团队的不懈努力将不可能变味可能：他们制造出单个光子的全息图。这项突破性的研究打开了一个全新领域——量子全息术，这给予科学家们一种观察量子现象的新方式。

华沙大学的研究人员测量单光子全息图的实验装置。（?FUW/dualcolor.pl/jch）

全息成像与摄像不同，它能够重现物体的空间结构，以展现出物体的三维形状。全息术利用了经典的干涉现象——两束波相遇会形成一束新波，但由于光子的“相位”（光子的一种性质）时常波动，因此经典干涉不会发生，也就是说它未被了物理学的基本定律。为了解决这个困境，华沙大学的物理学家使用量子干涉来获得光子的全息图，在量子干涉中，光子的波函数会相互影响。

波函数是量子力学的一个基本概念，它跟粒子在某个特定状态的概率有关，也是薛定谔方程的核心。薛定谔方程是量子力学最重要的原理之一。

一个单光子的全息图：从原测量中重建（左）和理论预测（右）。（? FUW）

Radoslaw Chrapkiewicz和Michal Jachura在为光子对的行为拍照的时候，注意到双光子的干涉现象。在双光子干涉中，当进入分束器（将一束光分开）时，可区别的光子对会随机地活动。但是，不可区别的光子对则表现出量子干涉，它们要么被一起被传输，要么被一起反射。

Chrapkiewicz说他们的实验灵感来自于当他们想要找到双光子干涉是否同全息术中的经典干涉一样，可以用已知状态的光子来获取一个未知状态的光子的信息。他们的分析得出了一个令人吃惊的结论，当两个光子表现出量子干涉时，这一干涉过程取决于它们波阵面的形状。这个实验结果对于理解量子力学基本法则具有非凡的意义。这是科学家首次直接观测到光子波函数的其中一个基本参数——它的相位，这使我们对波函数的理解更进一步。

Radoslaw Chrapkiewicz（右）和他的博后Michal Jachura。（? FUW,Grzegorz Krzy? ewski）

未来，研究人员希望能借用这一方法制造出更复杂量子物体的全息图，或许将来能够在现实世界中有更多的实际应用。

参考文献：

【1】"Hologram of a Single Photon"; R. Chrapkiewicz, M. Jachura, K. Banaszek, W. Wasilewski; Nature Photonics, DOI: 10.1038/nphoton..129

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