量子光學相幹性隻能通過計算顆粒和光的波動特性來計算。對於(yu) 理想的激光束，其相幹性可以粗略的認為(wei) 是不斷發射的光子數進入同相的光束中。這一數值可以比激光本身的光子數大得多。理想的激光極限被認為(wei) 是 μ exp（2）的幾次方。在這裏，假設激光產(chan) 生的光束的性質接近激光束且沒有額外的相幹源，我們(men) 可以實現激光極限的上限值，這一結果發表在近日出版的Nature子刊《 Nature Physics》上。

超導 器件可以釋放激光使其在極限量子極限 進行運行的藝術圖（藝術家; Ludmila Odintsova）

一個(ge) 來自澳大利亞(ya) 的量子理論家團隊為(wei) 大家展示了如何打破一個(ge) 信仰，這個(ge) 信仰是60年以來，根深蒂固的限製激光相幹性的基礎理論。

我們(men) 的激光模型的概念圖

激光光束的相幹性可以認為(wei) 是一定數量的光子（光的顆粒或光的粒子）連續發射進入同一相中的光束中（均一起波動）。這一過程決(jue) 定著光子如何實現和完成多變的精密的任務，如控製所有的量子計算機的部件。

如今，來自澳大利亞(ya) 格裏菲斯大學（Griffith University）和麥考瑞大學（Macquarie University）的研究人員，以論文題目為(wei) “The Heisenberg limit for laser coherence”發表在Nature子刊《 Nature Physics》上的文章，表明新的量子技術是如何為(wei) 實現比傳(chuan) 統大得多 的相幹性打開了大門。

傳(chuan) 統的智慧可以追溯到1958年一篇著名的文章，是美國物理學家Arthur Schawlow 和d Charles Townes發表的。Howard Wiseman教授說到，他是項目的領導者和 Griffith’量子動力學研究中心的主任。

以上每一位人員都在激光方麵的研究工作獲得過諾貝爾獎。

他們(men) 在理論上證明光束的相幹不能高於(yu) 儲(chu) 存在激光中光子數的平方，他說到。

但他們(men) 假設了能量是如何施加到激光中的和解釋了它又是如何從(cong) 光束中進行釋放的。

這一假設在一定時期內(nei) 聽起來還比較有道理，並且直到今天還依然應用在大多數的激光中，但它並不是量子力學所需要的。

在我們(men) 的論文中，我們(men) 為(wei) 大家展示了施加在量子力學中的真實的極限，其相幹並不能高於(yu) 儲(chu) 存在激光中的光子數的四次方，來自麥考瑞大學的副教授 Dominic Berry說到。

當儲(chu) 存的光子數比較巨大的時候，就是其非常典型的狀態，我們(men) 新的上限值比舊的上限值要大得多。是的，

Nariman Saadatmand博士說到，他是教授Wiseman 研究小組的一員。

通過數值模擬，我們(men) 發現激光的量子力學模型可以達到相幹的理論上的上限值，光束的形式明顯同傳(chuan) 統的激光不同。因此，對於(yu) 這一新的超級激光我們(men) 會(hui) 看到什麽(me) ？

可能暫時還不會(hui) ，Travis Baker先生說到，他是格裏菲斯大學從(cong) 事該項目研究的一名博士生。

但我們(men) 的確證明了它是我們(men) 使用超導技術來構築真實的量子極限激光成為(wei) 可能，這一技術同當前最好的量子計算機所使用的技術是一樣的，並且我們(men) 提出的器件也許可以應用在這一領域中。

我們(men) 的工作提出了許多有趣的問題 ，諸如它是否可以允許更有能效的激光，教授Wiseman說到，那將會(hui) 是非常有益處的一件事情，因此，我們(men) 期望能夠自將來研究它。

文章來源：

Baker, T.J., Saadatmand, S.N., Berry, D.W. et al. The Heisenberg limit for laser coherence. Nat. Phys. (2020). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01049-3