芬蘭東部大學(xué)（UEF）在《物理評論研究》上發(fā)表的一項新研究，揭示了光子（光的基本粒子）在接近材料特性隨時間快速變化的邊界時的行為。該研究發(fā)現(xiàn)了令人驚奇的量子光學(xué)現(xiàn)象，這些現(xiàn)象可能推動量子技術(shù)的進(jìn)步，并為一個前景廣闊的新領(lǐng)域——四維量子光學(xué)——鋪平道路。

四維光學(xué)是一門研究時空變化結(jié)構(gòu)下光散射的科學(xué)領(lǐng)域。通過實(shí)現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換、放大、偏振工程和非對稱散射等特性，該領(lǐng)域在微波與光學(xué)技術(shù)發(fā)展中具有巨大潛力，吸引了全球眾多研究者的關(guān)注。

圖片:ImageForNews_30197_17407298879212458.png

近年來，這一方向已取得顯著進(jìn)展。例如，這項由UEF參與的國際研究表明，通過結(jié)合光學(xué)共振等特性，可以顯著改變電磁場與二維時變結(jié)構(gòu)的相互作用，從而為光調(diào)控開辟新途徑。

基于此前在經(jīng)典光學(xué)領(lǐng)域的研究，UEF團(tuán)隊將探索擴(kuò)展至量子光學(xué)。研究者深入分析了量子光與宏觀特性突變的材料之間的相互作用，這種突變在時間維度上形成了兩個不同介質(zhì)間的單一時間界面。

研究負(fù)責(zé)人、UEF項目研究員Mohammad Mirmoosa博士表示：“四維量子光學(xué)是自然延伸的下一步。我們的工作為研究時空變化復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的新型量子光學(xué)效應(yīng)提供了基礎(chǔ)工具。”

研究發(fā)現(xiàn)并展示了多種突破性現(xiàn)象，包括光子對的產(chǎn)生與湮滅、真空態(tài)生成及量子態(tài)凍結(jié)等，這些均可能在量子技術(shù)中發(fā)揮作用。

團(tuán)隊認(rèn)為，這僅是研究的起點(diǎn)。未來幾年，四維量子光學(xué)將成為備受關(guān)注的領(lǐng)域，尤其是量子光場與周期性時間界面（即光子時間晶體）的相互作用研究將極具潛力。

Mirmoosa博士補(bǔ)充道：“當(dāng)前模型未考慮色散效應(yīng)，但真實(shí)材料天然具有色散性——響應(yīng)會相對激發(fā)存在延遲。要解決這一本質(zhì)特性，需發(fā)展更全面的理論。引入色散可能為調(diào)控光的量子態(tài)開辟新方向，這正是我們下一步探索的重點(diǎn)。”

相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.7.013120