雙光子干涉

【摘 要】干涉，是我們比較熟悉的一種表現(xiàn)形式。我們常常提起的有電磁波和機械波的干涉。然而，存在于量子在世界的干涉，我沒還沒有解開他的面紗。本文所要介紹，是量子光場的二階干涉之一的雙光子干涉，更是存在許多神秘的第放等待著我們?nèi)テ平?、去研究。關(guān)于光子的干涉現(xiàn)象，曾有一個著名的判斷，“光子不能與其他光子發(fā)生干涉，只能與本身相同的光子發(fā)生干涉現(xiàn)象”。在很長一段時間內(nèi)，普遍認(rèn)為雙光子的干涉都是認(rèn)為不可能的?，F(xiàn)今人們把焦點放在了對于雙光子干涉的理解上。而本文更加支持兩個光子的整體狀態(tài)是不可區(qū)分的開來的波函數(shù)所形成的觀點。

【關(guān)鍵詞】量子光學(xué)；理論物理；雙光子干涉

0.引言

基于“看全身”的角度，我們可以把“光子不與其他光子干涉的發(fā)生，只有在同一個地方干擾現(xiàn)象”的論點可以成立的光子。無論相關(guān)干擾現(xiàn)象的光子數(shù)，在系統(tǒng)的整體狀態(tài)發(fā)生的前提下不區(qū)分。然而，之前的判斷只涉及到一個光子。同時，我們認(rèn)為，兩個光子甚至多光子干涉也不會出現(xiàn)不同的單個光子之間。本文使人們注意到一個光子不僅與另一個光子湮滅或合并兩個光子的加強和干擾是量子力學(xué)中的粒子運動狀態(tài)的概率波的描述，而不是粒子。

多光子干涉和雙光子干涉基本上是相同的，是光子干涉的整體狀況。我們可以從雙光子干涉的結(jié)果推廣到多光子的情況。

1.光場的基本理論

經(jīng)典的相干光學(xué)用于描述相干體積，面積的相干性，相干長度，相干時間。在這兩個波疊加的地方，如果出現(xiàn)光強的光和干涉條紋的陰影之間的明顯區(qū)別，我們稱之為的兩光束是相干波可以互相干擾，干擾現(xiàn)象。相反，如果強度沒有明顯變化，沒有產(chǎn)生白光干涉條紋，我們說的干涉光束。經(jīng)過無數(shù)次的實驗，我們發(fā)現(xiàn)，如果將兩束光的干涉，他們必須滿足以下條件：

（1）光的兩個相同的光束的光的頻率。

（2）兩個光束相同的波的傳播方向。

（3）兩個光束的光波的相位必須有一個恒定的差異。從同一束的小波，我們稱之為子波波列可以互相干擾產(chǎn)生的光束干涉現(xiàn)象為相干光場。我們熟悉的經(jīng)典場論，光場的相干性主要體現(xiàn)在空間相干性和光的時間相干性。

光場的時間相干性可以由邁克爾干涉儀實驗解釋。由于在邁克爾的旅程系統(tǒng)的兩束光的干涉是不一樣的，所以他們可能之間的光程差發(fā)生。當(dāng)光學(xué)路徑差很小，我們觀察到的平面將出現(xiàn)明顯的干涉條紋。當(dāng)光學(xué)路徑差非常大，飛機上沒有出現(xiàn)明顯的干涉條紋。我們不難看出，干涉條紋圖是由兩個光束疊加而成的不同的時間點在空間同一點。這種類型的干擾，具體表現(xiàn)為干擾是在這方面的時間相干性。當(dāng)路徑L和光倍的距離，當(dāng)兩光束的光程差小于L，轉(zhuǎn)變將會再次在發(fā)射波長發(fā)生相同的順序在一起，所以他們會產(chǎn)生相位具有恒定的正差，同頻干擾現(xiàn)象，然后一步一步。如果光程差大于L，然后收斂到光源不會一起同級別所發(fā)出的光，不干涉現(xiàn)象。

光場的空間相干性，可以從楊氏雙縫干涉反射。當(dāng)這兩個孔的距離是比較小的，可以形成屏幕上的干涉條紋。我們觀察到的條紋的0點是非相干疊加的多個光源。當(dāng)兩個空間距離變大，我們在屏幕上觀察不到干涉條紋。

2.雙光子干涉

量子干涉作為重要的量子科學(xué)中的一員，它是量子操作的基石，也是實現(xiàn)量子通信的基本知識。多光子干涉的量子干涉是干擾最常見的現(xiàn)象，雙光子干涉的多光子干涉的一員，雙光子干涉是一種最簡單的干涉。他們的物理基礎(chǔ)是相同的。我們可以得出基于雙光子實驗的結(jié)論，該結(jié)論可以擴展到多個光子干涉現(xiàn)象。

雙光子干涉是指兩階相關(guān)效應(yīng)的光學(xué)領(lǐng)域。變量的連續(xù)變化的，我們可以通過相關(guān)函數(shù)分析。但對于離散變量，我們可以采取多種途徑。疊加在這里可以使用多種狀態(tài)的系統(tǒng)進行分析。符合測量指的是整體性的雙光子態(tài)的變化，選擇滿足概率振幅的特定狀態(tài)。例如，在我們的實驗中，兩個光子分別由兩個檢測器的存在是好的或壞的狀態(tài)，但由于兩個光子不能同時到達(dá)檢測器，沒有符合計數(shù)的要求。做符合測量的選擇，揭示了光場的時空相關(guān)特性。

測量條件的設(shè)定，各種狀態(tài)原理我們可以測量是沒有區(qū)別的，就是我們所說的干擾源。如果我們測量的狀態(tài)可以區(qū)分，這些狀態(tài)是正交的，計數(shù)率的概率為各種各樣的疊加。如果國家不明顯，計數(shù)率模式的概率振幅。波函數(shù)可以區(qū)分信息的丟失和交換對稱性可導(dǎo)致狀態(tài)不可區(qū)分。

光子能干擾本身，本質(zhì)上描述的光子態(tài)本身沒有可以區(qū)分。這兩個光子，實驗觀察到的干擾，甚至多光子干涉，還可分辨的整體狀態(tài)的疊加干擾。這不是開始和一個結(jié)論上述矛盾。本文一個開始描述了一個論述強調(diào)的是光子與光子干涉沒有意義和光子本身不具有不同的狀態(tài)。停留在這種情況下，我們也可以這樣理解：每個光子的集體作為一個光子，光子的集體狀態(tài)描述了高高的光子的狀態(tài)。相應(yīng)的高光子的波函數(shù)的對稱性可以交換的概率振幅的整體狀態(tài)存在。實驗證明，這樣一個大的光子態(tài)可以理解為本身的高光子態(tài)。

問題是，本篇文章將許多符合測量狀態(tài)的疊加的形式寫的。但有一定的前提條件。輸入光場為相干場。如果檢測到狀態(tài)，就不能說成疊加的形式。例如，混合光場輸入光場，所有被發(fā)現(xiàn)狀態(tài)均不相干。

3.結(jié)語

在某些雙光子的干涉中，其結(jié)果多呈現(xiàn)為多光子的干涉現(xiàn)象。但是可以表示稱度里光子自身的干涉現(xiàn)象。這種現(xiàn)象也是光場二階干涉的一種情況。經(jīng)典光場的相干體積可以將時間與空間的額相干性統(tǒng)一起來。但由于雙光子干涉還沒有類似于這樣的描述，導(dǎo)致了不同原因結(jié)合起來。對于這些疑問，我們還有待于進一步研究。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李承祖.量子通信與量子計算，國防科學(xué)技術(shù)出版社，2000.

[2]王琴.糾纏光子對的產(chǎn)生、收集、干涉與應(yīng)用，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論文.

[3]張禮，葛墨林.量子力學(xué)的前沿問題，北京：科學(xué)出版社，2000.