从时间流逝的角度,测量光和真空波动,发现了这些重大奥秘

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关于宇宙本质的一些最未解决的问题与光,真空(即既不存在也不存在辐射的空间)及其与时间的关系有关。在过去,物理学家和哲学家已经解决了各种复杂的问题。例如,真空的本质是什么,光的传播与时间的流逝有何关系?康斯坦茨大学的科学家们进行了一项研究,探讨光和真空波动的量子态及其与时间的相互作用,其结果见《自然物理》。

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该研究引入了一个新的理论框架来描述超短时间尺度上光和真空的量子态。研究人员专注于“压缩光”,它主要由具有重新分布或“压缩”电磁波动的光脉冲组成。 Kizmann及其同事揭示,光或电磁场与时间之间存在直接关系。进行这项研究的研究人员之一Matthias Kizmann说,同样来自康斯坦茨大学的Alfred Rettenstoff教授和他的团队是第一个通过实验证明可以直接测量光的真空波动的人。

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从那时起,我们一直有兴趣开发一种新理论来描述在很短的时间内发生的真空波动。这导致研究科学家想到一个问题,即真空波动是否也可以在短时间内被操纵,从而产生所谓的压缩光。在研究论文中,研究人员描述了称为“泵浦”场的强场与非线性晶体中的电磁真空之间的相互作用。由于这种相互作用,该场重新分布真空波动随时间的推移,导致这些波动增加或被时间间隔抑制,这一过程称为挤压。

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通常必须计算整个电场以描述效果,但现在已经发现压缩如何被描述为时间流的变化。挤压状态属于更广泛的所谓非经典光状态,与传统激光器相比,它具有各种引人注目的新特征。

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因此,非经典光的状态在量子信息或量子光谱领域的技术的未来发展中起重要作用。 Kizmann及其同事收集了一些有趣的观察结果,描述了光和真空与时间的关系。开发了一种物理模型,可用于描述超短时间尺度上的光和真空电磁场的量子态。

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该研究还概述了如何在真空中操纵电磁场,即所谓的真空波动。基本上,光由波或振荡的电场和磁场组成。在19世纪,人们认为在黑暗中,这些电场等于零。然而,量子理论认为,黑暗的真空空间实际上并不是完全空的,因为它包含一些微小的波动。这些波动引起磁场的轻微移动,称为真空波动。这些波动从一个变量重新分配到另一个变量(例如从电场到磁场),这是真空压缩。该研究的首席研究员Guido Burkard说:“我们研究了如何控制真空波动。

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并且发现也可以将波动从一个时间点重新分配到另一个时间点。事实证明,可以在非线性光学材料中校正从光脉冲看到的时间流,并且这种时间流的变化与波动的变化直接相关。 Kizmann,Burkard及其同事收集的观察结果与相对论的时间相关性有一些相似之处。在这项研究中,量子力学和相对论是类比的。在过去的物理学研究中,这两个领域通常难以协调。观测和提出的类比可能最终增强我们目前对量子物理与相对论之间关系的理解。研究人员还认为,压缩量子光的超短脉冲可以很快在实验室中得到验证和观察。

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安德烈莫斯卡连科,参与这项研究的另一位研究员说:我们认为,光量子的状态持续到1飞秒(10 ^ -15秒),并且很快就会被执行,其特征在于实验。然后,它们可以用作超快光谱的新量子工具,以在如此短的时间内检测物质。

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这将使我们能够理解当前隐藏但非常重要的超快现象,这些现象决定了新量子器件的关键特性。这项研究为光和真空的量子态及其与时间的关系提供了有趣的新见解。

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所开发的理论最终将有助于在量子光学和量子信息应用中使用时间相关的光量子态。在未来的研究中,研究人员计划进一步探索这一主题,研究在真空中发生的轻微运动和量子纠缠之间的关系。研究人员对这些量子涨落的重新分布如何与量子纠缠有关而感到好奇。量子纠缠是量子计算机的燃料和安全量子通信的资源。我想知道如何测量(即,真空场会影响这些波动,以及挤压状态如何用于超快光谱。