最近，布鲁塞尔自由大学布鲁塞尔理工学校量子信息与通信中心的科学家在《自然光子学》杂志上发表的一篇论文中报告了一个意外的反例，挑战了对光子束缚的传统理解。

尼尔斯·玻尔的补充原理是量子物理学中的一个基本概念，它实质上表明物体可以表现出粒子状或波状行为。这两种互斥的描述在标志性的双缝实验中得到了很好的说明，其中粒子入射到一个含有两个缝的板上。

如果不观察每个粒子的轨迹，在经过缝隙后收集粒子时，会观察到波状的干涉条纹。相反，如果观察轨迹，条纹会消失，一切就像我们在经典世界中处理粒子状的球体一样。

正如物理学家理查德·费曼所说，干涉条纹是由于“路径信息”的缺失而产生的，所以只要实验允许我们了解每个粒子是从左缝还是从右缝通过的，这些条纹就必然消失。

光也没有逃脱这种二元性：它既可以被描述为一种电磁波，也可以理解为由光速行进的无质量粒子，即光子。这伴随着另一个引人注目的现象：光子束缚。简单地说，如果在量子干涉实验中无法区分光子并知道它们遵循哪条路径，它们就会倾向于聚在一起。

这种行为已经可以在每个侧面入射两个光子到一个半透明镜上时观察到，这个镜子将入射光分割成与反射和透射光相关的两条可能路径。事实上，著名的洪-欧-曼德尔效应告诉我们，两个出射光子总是一起从镜子的同一侧退出，这是它们路径之间波状干涉的结果。

在经典世界观中，我们将光子看作是经典的球体，每个球体都有一个明确定义的路径，但这种聚集效应无法用经典世界观来解释。因此，从逻辑上讲，我们预计当我们能够区分光子并追溯它们所采取的路径时，聚集效应会逐渐减弱。

然而，最近布鲁塞尔自由大学布鲁塞尔理工学校量子信息与通信中心的尼古拉斯·塞尔夫教授领导的团队以及他的博士生贝努瓦·塞伦和博士后莱昂纳多·诺沃在一具体理论场景中进行了考虑，在这个场景中，七个光子入射到一个大的干涉仪中，并研究了所有光子都聚集成干涉仪的两个输出路径的实例。从逻辑上讲，当所有七个光子具有相同的偏振时，聚集效应应该最强，因为这使它们完全无法区分，意味着我们无法得知它们在干涉仪中的路径。令人惊讶的是，研究人员发现，在通过精心选择的偏振模式使光子部分可区分时，聚集效应实际上得到了进一步增强，而不是减弱。

比利时团队利用了量子干涉物理学与矩阵永久理论之间的联系。通过利用一个新近被证伪的关于矩阵永久性的猜想，他们证明通过精调光子的偏振可以进一步增强光子的聚集效应。

除了对光子干涉的基本物理学有着引人入胜的意义之外，这种异常的聚集现象对于近年来取得快速进展的量子光子技术也应该具有重要影响。

旨在构建光学量子计算机的实验已经达到了前所未有的控制水平，可以通过复杂的光学电路产生许多光子，并利用光子数分辨探测器进行干涉。因此，理解与光子的量子玻色特性相关的聚集的微妙之处在这一前景下是一个重大的步骤。