Tommaso Faleo 在实验物理系的实验室。图片来源：因斯布鲁克大学

由实验物理系的 Robert Keil 和 Tommaso Faleo 领导的一个团队在实验室中研究了两个以上粒子的量子系统中纠缠和干涉之间的关系。

他们与来自德国弗莱堡大学和英国赫瑞瓦特大学的研究人员一起，对多粒子量子系统的行为有了新的见解。在采访中，Tommaso Faleo 解释了如何解释两个以上光子的干涉图样。

Faleo：这项研究的目的是探索和更好地了解涉及两个以上粒子的系统中纠缠和干扰之间的关系。这种多粒子系统中的干涉动力学特别复杂，纠缠的存在带来了额外的复杂性。

我们专注于研究当一些粒子处于纠缠状态时如何出现干涉图案，以及它们的具体特性是什么。

纠缠是一种纯粹的量子现象，其中两个或多个粒子的特性相互关联，因此无论它们相距多远，都不能再将其描述为独立的实体。量子力学的这一基本方面困扰着量子物理学的早期研究人员，现在是量子技术中多种应用的基础。

在经典物理学中，当波的振幅相长地（相互增强）或相消地（相互抵消）相加时，就会产生干涉图案。这类似于量子力学中的干扰，其中不同结果的概率幅度可以结合起来以增加或减少某些事件的可能性。

双粒子干涉为这种量子干涉增加了另一层，并且源于相同粒子的不可区分性。Hong 、Ou 和 Mandel 于 1987 年首次展示了这种效应，现在是许多光量子技术的关键。多光子干涉是此效果扩展到两个以上的粒子。

当分析具有两个以上粒子的系统时，干涉图案变得比基本的 Hong-Ou-Mandel 实验要复杂得多。我们观察到，这些模式不仅受到单个粒子的量子态的影响，还受到其中一些粒子之间共享的纠缠的影响。

在我们的干涉场景中，粒子的纠缠弥合了不同干涉仪之间的空间差距，引入了一种干涉图案，该图案取决于所有相关粒子的整体量子态，当一个或多个粒子被排除在动力学之外时，该干涉图案是无法访问的。

这些结果为多粒子量子系统的行为及其状态如何影响干涉图提供了新的见解。

结果展示了一种新型的集体干涉效应，它将纠缠与多粒子系统的高度复杂的动力学相结合。这有助于我们理解量子力学如何在多体系统中工作，从而有可能带来新的理论见解和量子技术的发展。

更多信息：Tommaso Faleo 等人，纠缠诱导的集体多体干扰，科学进展（2024 年）。DOI： 10.1126/sciadv.adp9030

期刊信息： Science Advances