1958年，物理學家阿瑟·肖洛和查爾斯·湯斯提出了激光理論，他們(men) 因其在激光研究方麵做出的貢獻而獲得諾貝爾物理學獎。上世紀60年代，物理學家成功創造出了激光。20世紀後半葉，激光成為(wei) 自然科學、醫學和工程技術領域研究的重要工具。現如今，每一年全球激光市場的規模已超過了百億(yi) 美元。

激光和傳(chuan) 統光源的一個(ge) 重要區別就在於(yu) 光束的“相幹性”。相幹性決(jue) 定了激光束在執行各種精密任務時的能力，高度的相幹性使激光適合應用在高精度器件上，比如在控製量子計算機的組件時，就需要一個(ge) 特定頻率的高度相幹光束來長時間地控製大量的量子比特，而未來的量子計算機可能還需要相幹性更強的光源。

■超導器件可以釋放激光使其在極限量子極限 

當物理學家在對激光的相關(guan) 性進行量化時，需要同時考慮光的粒子性質和波性質。對於(yu) 一個(ge) 理想的激光器來說，激光的相幹性可被粗略地認為(wei) 是以相同的相位被連續發射到一束光束中的光子的數量，這個(ge) 數字可以比激光本身的光子數量要大得多。一直以來，物理學家一直相信，激光相幹性的上限，受限於(yu) 激光中的光子數量的平方。

然而最近兩(liang) 項新的研究表明，激光的相幹性可能比肖洛和湯斯所認為(wei) 的要高得多。在肖洛和湯斯的年代，他們(men) 對能量是如何增加到激光（增益）以及能量是如何釋放而形成光束（損耗）做出了假設。這些假設在當時是合理的，並且仍然適用於(yu) 現在的激光器。但是，量子力學並不需要這樣假設。

在兩(liang) 項突破了肖洛-湯斯極限的研究中，其中一篇論文發表在近期的《自然：物理》（Nature子刊）雜誌上。來自澳大利亞(ya) 格裏菲斯大學和麥考瑞大學的研究人員，發表了一篇名為(wei) The Heisenberg limit for laser coherence的論文，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。

■研究者提出的激光模型的概念圖

研究人員提出了一種新的模型，他們(men) 假設一束由激光器所產(chan) 生的光束，擁有與(yu) 理想激光器產(chan) 生的光束相近的性質，並且它們(men) 不受外部其他的相幹性幹擾。基於(yu) 這一模型，他們(men) 推導出相幹性的上限正比於(yu) 激光中光子數量的四次方，這比肖洛和湯斯所認為(wei) 的平方要大得多。與(yu) 此同時，研究人員還發現，這種激光器在理論上可以利用超導量子位技術和目前最成功的量子計算機中使用的電路來實現。

第二項研究是由美國匹茲(zi) 堡大學的物理學家所完成，他們(men) 的研究結果目前發表在預印網站arXiv上，正在等待同行評審。在這項研究中，他們(men) 使用了一種略微不同的方法，最終得到了相幹性以激光中的光子數量的三次方模式增長的模型。現在，他們(men) 正在研究如何用超導裝置來製造出這樣的激光器。

■激光束中含有大量以相同相位運動的光子（圖片來源：Peng Jiajie,Wikimedia Commons）

格裏菲斯的研究人員在在論文中表示，肖洛-湯斯的極限是一個(ge) 標準量子極限，而與(yu) 光子數的四次方成正比的相幹性，則是一個(ge) 終極量子極限，或者說是海森堡極限（超越標準方法所能達到的極限，與(yu) 海森堡的不確定性原理有關(guan) ），這是量子力學所能允許的最好結果。

研究人員表示，這種理論上的“海森堡極限”激光器，在實際操作中是有可能實現的。而這種最好結果所能帶來的，也將不僅(jin) 僅(jin) 是激光器在設計和性能上的一場革命，它還將能帶來對於(yu) “激光是什麽(me) ”這一根本性問題的重新思考。