科學家首次實現了不同粒子之間的量子干涉

華南師范大學物理與電信工程學、物理前沿科學研究院、粵港量子物質聯合實驗室的冷原子研究團隊在量子科技方面取得新研究進展：首次實驗實現了不同粒子之間的量子干涉。該成果于8月25日發表于Physical Review Letters。

相同粒子之間的量子干涉可以揭示粒子固有的量子統計特性，這在經典物理學范疇內無法得到合理解釋，從而引起了物理學家們極大的研究興趣。分束器是實現量子干涉的核心元件，全同粒子輸入分束器后，在輸出端口可形成量子糾纏態，該量子糾纏態便是全同粒子干涉后的結果。同類型的玻色子如：光子與光子、磁子與磁子、等離激元與等離激元之間的量子干涉早已得到了廣泛和深入的研究。然而到目前為止，尚沒有研究組對不同類型的玻色子之間的量子干涉行為進行過研究。

在該項研究中，研究人員利用量子存儲器在實驗上實現了非厄密分束器，演示了不同類型玻色子之間的量子干涉。該實驗首先通過調節量子存儲過程中控制光失諧與拉比頻率，實現了分束器從厄密到非厄密特性的連續切換。然后，基于該分束器實現了單磁子與單光子之間的Hong-Ou-Mandel干涉，通過調節分束器的非厄密性質，觀測到了單磁子與單光子干涉從玻色子到費米子量子統計的轉變。最后，通過連續輸入三個單光子進入非厄密分束器實現了三光子干涉。該工作擴展了人們對量子干涉效應的理解，展示了一個可用于研究粒子量子統計行為的多功能實驗平臺。

審稿人指出，這項有意義的成果有望應用于量子干涉相關的量子技術中，包括量子通信、量子測量與傳感以及量子計算等。

華南師范大學碩博連讀研究生蘇柯宇和鐘藝為該論文共同第一作者，王云飛博士、顏輝教授和朱詩亮教授為共同通訊作者，張善超副教授、中國科學技術大學教授鄒長鈴等參與該項工作。該研究得到了科技部重點研發計劃、國家自然科學基金、廣東省重點領域研發計劃等經費的支持。