柏林洪堡大学的研究人员，作为DAALI项目的合作伙伴，展示了在单个原子的荧光光线中存在的令人惊讶的效应。

柏林洪堡大学物理系的尤尔根·沃尔茨（Jürgen Volz）和阿诺·劳森伯特（Arno Rauschenbeutel）带领的科学家团队，作为“颠覆性原子光接口（DAALI）”项目的合作伙伴，在荧光原子的光散射方面获得了新的洞察，这对于量子通信也有潜在应用。该研究团队已经在科学期刊《自然光子学》上发表了他们的研究成果。

在1900年，马克斯·普朗克提出了一个假设，即光无法与物质（比如原子）进行任意数量的能量交换，而只能以一定的离散“能量小包”形式，也就是所谓的量子。五年后，阿尔伯特·爱因斯坦进一步提出了这些量子不仅仅是一种计算数量的概念，而是光本身就是由这些量子组成，这就是我们现在称之为光子的概念。事实上，现在已经有了一种性能足够敏感的光电二极管，可以注册到单个光子的存在。通过持续的照明，这些光电二极管不会产生稳定的电信号，而是一系列短暂的电流脉冲。每个电流脉冲则表示检测到一个单个光子。

在显微镜下：激光光散射

如果一个受激光束激发发出荧光的单个原子的光线照射到一个高度敏感的光电二极管上，就不会同时检测到两个光子。在这方面，单个原子所发出的荧光光与其被激发的激光光线不同，因为激光光线中的光子确实是同时出现的。但如果两个激光光子同时作用于单个原子，原子只会吸收一个光子并让第二个光子通过。然后，原子将以随机的方向辐射出被吸收的激光光子，然后才准备好吸收另一个激光光子。

换言之，一颗单一的原子一次只能散射一个光子，而单个原子发出的光子在荧光灯中犹如珍珠串一般排列，逐个地击中探测器。这种特性被DAALI项目和其他量子技术研究所利用。例如，在量子通信中，由自然或人工原子发出的单个光子被用于防窃听通信。

能与光子成对观测的惊人发现

然而，洪堡大学的研究团队现在已经能够利用单个原子的荧光光线展示一种非常令人惊讶的效应。当科学家们借助滤光器将光线中的某种颜色成分去除后，单个光子流转化为被同时检测到的光子对。

因此，通过从一串单光子中去除正确的光子，剩下的光子突然变成了成对出现。这种效应与我们日常世界的感知无法相协调；如果您在街上禁止所有绿色汽车，剩下的汽车不会突然成对驶在一起。

此外，以往关于单个原子同时只能散射一束光子的确定性观念似乎已被证伪：当通过适当的色彩滤波器观察时，这个原子实际上能够同时散射两束光子。

这种效应大约40年前由巴黎高等师范学校的让·达利巴和塞尔日诺在他们关于光的散射理论工作中预测到。然而，只有现在由量子物理学家尤尔根·福尔茨和阿诺·劳森博伊特团队进行的实验证明了这一效应。

“这是一个很好的例子，展示了当我们试图理解微观层面的过程时，我们的直觉是多么的失效。”尤尔根·福尔茨说道。

“然而，这不仅仅是一种好奇心。” 阿诺·劳森比尔补充道：“实际上，产生的光子对是量子力学上纠缠的。因此，在这两个光子之间存在着爱因斯坦不愿相信的神秘的远程作用，凭借这种作用，人们可以传送量子态，比如说。”

"“对于这样的纠缠光子对源来说，一个单独的原子是理想的选择，”Volz和Rauschenbeutel一致认为，“这几乎是近期以来无人相信的事情。”

实际上，所展示的效应可用于实现互相纠缠的光子对源，其亮度达到理论上可能的最大值，因而超越了现有的源。此外，这些光子对本质上与它们所发出的原子相匹配。这使得人们能够直接将光子与量子中继器或量子门相连接，这些中继器或门使用相同的原子，对于远距离量子通信而言，则至关重要。