量子光学相干性只能通过计算颗粒和光的波动特性来计算。对于理想的激光束，其相干性可以粗略的认为是不断发射的光子数进入同相的光束中。这一数值可以比激光本身的光子数大得多。理想的激光极限被认为是 μ exp（2）的几次方。在这里，假设激光产生的光束的性质接近激光束且没有额外的相干源，我们可以实现激光极限的上限值，这一结果发表在近日出版的Nature子刊《 Nature Physics》上。

超导 器件可以释放激光使其在极限量子极限 进行运行的艺术图（艺术家; Ludmila Odintsova）

一个来自澳大利亚的量子理论家团队为大家展示了如何打破一个信仰，这个信仰是60年以来，根深蒂固的限制激光相干性的基础理论。

我们的激光模型的概念图

激光光束的相干性可以认为是一定数量的光子（光的颗粒或光的粒子）连续发射进入同一相中的光束中（均一起波动）。这一过程决定着光子如何实现和完成多变的精密的任务，如控制所有的量子计算机的部件。

如今，来自澳大利亚格里菲斯大学（Griffith University）和麦考瑞大学（Macquarie University）的研究人员，以论文题目为“The Heisenberg limit for laser coherence”发表在Nature子刊《 Nature Physics》上的文章，表明新的量子技术是如何为实现比传统大得多 的相干性打开了大门。

传统的智慧可以追溯到1958年一篇著名的文章，是美国物理学家Arthur Schawlow 和d Charles Townes发表的。Howard Wiseman教授说到，他是项目的领导者和 Griffith’量子动力学研究中心的主任。

以上每一位人员都在激光方面的研究工作获得过诺贝尔奖。

他们在理论上证明光束的相干不能高于储存在激光中光子数的平方，他说到。

但他们假设了能量是如何施加到激光中的和解释了它又是如何从光束中进行释放的。

这一假设在一定时期内听起来还比较有道理，并且直到今天还依然应用在大多数的激光中，但它并不是量子力学所需要的。

在我们的论文中，我们为大家展示了施加在量子力学中的真实的极限，其相干并不能高于储存在激光中的光子数的四次方，来自麦考瑞大学的副教授 Dominic Berry说到。

当储存的光子数比较巨大的时候，就是其非常典型的状态，我们新的上限值比旧的上限值要大得多。是的，

Nariman Saadatmand博士说到，他是教授Wiseman 研究小组的一员。

通过数值模拟，我们发现激光的量子力学模型可以达到相干的理论上的上限值，光束的形式明显同传统的激光不同。因此，对于这一新的超级激光我们会看到什么？

可能暂时还不会，Travis Baker先生说到，他是格里菲斯大学从事该项目研究的一名博士生。

但我们的确证明了它是我们使用超导技术来构筑真实的量子极限激光成为可能，这一技术同当前最好的量子计算机所使用的技术是一样的，并且我们提出的器件也许可以应用在这一领域中。

我们的工作提出了许多有趣的问题 ，诸如它是否可以允许更有能效的激光，教授Wiseman说到，那将会是非常有益处的一件事情，因此，我们期望能够自将来研究它。

文章来源：

Baker, T.J., Saadatmand, S.N., Berry, D.W. et al. The Heisenberg limit for laser coherence. Nat. Phys. (2020). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01049-3