芬蘭東部大學（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現(xiàn)象，這些現(xiàn)象可能推動量子技術的進步，并為一個前景廣闊的新領域——四維量子光學——鋪平道路。

四維光學是一門研究時空變化結構下光散射的科學領域。通過實現(xiàn)頻率轉換、放大、偏振工程和非對稱散射等特性，該領域在微波與光學技術發(fā)展中具有巨大潛力，吸引了全球眾多研究者的關注。

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近年來，這一方向已取得顯著進展。例如，這項由UEF參與的國際研究表明，通過結合光學共振等特性，可以顯著改變電磁場與二維時變結構的相互作用，從而為光調控開辟新途徑。

基于此前在經(jīng)典光學領域的研究，UEF團隊將探索擴展至量子光學。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間的單一時間界面。

研究負責人、UEF項目研究員Mohammad Mirmoosa博士表示：“四維量子光學是自然延伸的下一步。我們的工作為研究時空變化復雜結構中的新型量子光學效應提供了基礎工具。”

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)凍結等，這些均可能在量子技術中發(fā)揮作用。

團隊認為，這僅是研究的起點。未來幾年，四維量子光學將成為備受關注的領域，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博士補充道：“當前模型未考慮色散效應，但真實材料天然具有色散性——響應會相對激發(fā)存在延遲。要解決這一本質特性，需發(fā)展更全面的理論。引入色散可能為調控光的量子態(tài)開辟新方向，這正是我們下一步探索的重點。”

相關鏈接：https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.7.013120