2005年,近代量子光学的奠基人、美国哈佛大学著名物理学家格劳伯(Glauber)教授荣获了诺贝尔物理奖,它深刻地反映出量子光学在当代科学发展中发挥着相当重要的作用。
中国科学院量子重点实验室、中国科技大学的郭光灿院士和陈平形在《2006科学发展报告》中撰写了题为“量子光学进展与展望”的文章。作者回顾了量子光学百年发展历程中的几个重要发展时期,并展望了量子光学的发展方向和前景。
文章从量子信息、玻色-爱因斯坦凝聚和量子调控三个方面来展望量子光学的发展。
1.量子信息。量子信息是量子力学与信息科学交叉融合的新兴学科,目前已成为世界关注的热门研究领域。量子信息可以突破现有信息技术的物理极限,开拓出新的信息功能,为信息科学的持续发展提供新的原理和方法。其中,量子密码特别是在光纤量子密钥分配方面的研究已取得重大突破,其目前的研究方向是低误码率、高比特率、网络化和远程传输,以及研究可控单光子源和红外单光子探测技术等;量子因特网是基于量子纠缠的量子通信网络,目前仍然处于单元技术的基础研究阶段,最近“量子中继”这一关键技术的研究取得重要进展,我国年青学者段路明教授提出运用原子系综实现量子中继的方案,引起科学界的高度兴趣;量子计算机的研究仍然处于基础阶段,寻找物理上可扩展的具有容错能力的“量子芯片”是世界各国科学家当前奋斗的方向。目前主要研究兴趣是固态量子计算和基于量子光学的量子计算两个方向。
2.玻色-爱因斯坦凝聚。BEC的发生不需要粒子间的相互作用,是一种纯粹的宏观量子力学现象。文章阐述了玻色-爱因斯坦凝聚的过程,并解释了其实现的条件。第一次观测到BEC而获得诺贝尔奖的Wolfgang Ketterle教授认为,BEC是许多宏观粒子现象的核心,可以给出量子漩涡、量子长程关联等的微观图像,量子化的漩涡在超流和超导中都扮演了重要的角色。另外,通过一些办法可以使一个BEC凝聚体的两部分产生干涉,这种干涉还导致了原子激光的产生。文章对BEC的发展进行了展望,BEC的实现目前只在囚禁原子气体和液氦中成功,难以得到实际应用,探索新的BEC系统是一个富有挑战性的工作。
3.基于量子光学的量子态控制。文章指出对基于量子光学的量子态控制进行研究的重要意义。广义上,量子态控制是指实现量子态的控制演化,目前主要指光子、原子、离子态和量子点等之间的相互转换和相互操作。激光冷却和电磁感应透明是量子态控制的重要基础。激光冷却的实现有华人科学家朱棣文的杰出贡献(获1997年诺贝尔奖),这个技术目前已得到广泛的应用。电磁感应透明是量子光学的新进展,文章阐述了该现象的原理及其类似的一些现象
最后文章指出,由于以上所述的量子光学的进展,及光子本身的优势使得量子光学在验证和探索基本物理原理、制备和操作量子态等技术方面已经并将继续展示巨大的力量。(摘自科学出版社出版的《2006科学发展报告》)