随着不断推进实现更快的计算机、防窃听通信和更好的汽车传感器，量子计算技术将可能像计算机和互联网一样彻底改变人类生活。全球专家都在尝试将基础研究的成果应用到量子技术中。为此，研究人员通常需要具有定制特性的单个粒子，例如光子，即光的基本粒子。

然而获得单个粒子的过程非常复杂。在近日发表在期刊《Science》上的一项研究中，研究人员提出了一种新方法，可以同时生成两个成对的单个粒子。

电子显微镜中的基础量子物理学

据外媒报道，由德国哥廷根(Göttingen)马克斯普朗克研究所(Max Planck Institute，MPI)多学科科学研究所、哥廷根大学(University of Göttingen)和瑞士洛桑联邦理工学院(Federal Institute of Technology in Lausanne，EPFL)组成的国际团队成功在电子显微镜中耦合了单个自由电子和光子。在实验中，来自电子显微镜的光束穿过了由瑞士团队制造的集成光学芯片。该芯片由一个光纤耦合器和一个环形谐振器组成，其中谐振器通过将移动的光子保持在圆形路径上来存储光。

MPI科学家、该研究的第一作者之一Armin Feist表示：“当一个电子在最初空的谐振器上散射时，就会产生一个光子。在这个过程中，电子失去了光子所需的能量，而光子几乎需要从谐振器中的虚无中产生。结果，这两个粒子通过它们的相互作用耦合并形成一对。”通过改进的测量方法，物理学家可以精确地检测到所涉及的单个粒子及其同步表现。

具有自由电子的未来量子技术

MPI博士候选人、研究的第一作者Germaine Arend表示：“凭借电子-光子对，我们只需要测量一个粒子即可获得有关第二个粒子的能量含量和时间外观的信息。”因此研究人员可以在实验中使用一个量子粒子，同时通过检测另一个粒子来确认它的存在，即所谓的先驱方案。对于量子技术中的许多应用来说，这样的特性非常必要。

EPFL教授Tobias Kippenberg补充说：“我们第一次将自由电子带入了量子信息科学。更广泛地说，使用集成光子学耦合自由电子和光可以为新型混合量子技术开辟道路。”

关键词： 防窃听通信 汽车传感器 电子显微镜 基础量子物理学