量子尺度守恒定律获验证

原标题(biāotí)：量子尺度守恒定律获验证

展示单个绿色光子分裂为两个(liǎnggè)红色光子的过程(guòchéng)（示意图）。图片来源：芬兰坦佩雷大学

来自芬兰坦佩雷大学及德国、印度的(de)科学家通过实验证实：当单个光子“分裂(fēnliè)”为一对光子时，其轨道角动量保持(bǎochí)守恒。这项突破性研究首次在量子尺度验证了物理(wùlǐ)学核心要义之一——守恒定律，为开发应用于(yú)计算、通信和传感领域的复杂量子态提供了全新思路。相关成果发表于新一期《物理评论快报》杂志。

守恒定律(shǒuhéngdìnglǜ)是自然科学的基石，它(tā)界定了物理过程中(zhōng)“可行”与“禁行”的边界。就像(xiàng)台球碰撞时，运动线性动量会在球体间传递，旋转物体则遵循角动量守恒定律。光同样具有角动量特性，特别是与光的空间结构相关的轨道角动量。

在量子世界，每个光子都携带明确的轨道角动量。根据守恒定律(shǒuhéngdìnglǜ)，这种特性在光与物质相互作用(xiānghùzuòyòng)时必须(bìxū)守恒，即初始轨道角动量为零的光子分裂后，两个新生光子的轨道角动量之和必须归零。这意味着若(ruò)其中一个光子具有特定轨道角动量，其伴生光子必然呈现相反量值。虽然传统激光(jīguāng)实验已多次验证角动量守恒定律，但针对(zhēnduì)单个光子的验证尚属首次。

研究(yánjiū)团队创新性地探究了单个光子裂变为光子对时，轨道角动量守恒是否依然成立。实验最终证实，这一(zhèyī)定律在量子极限条件(tiáojiàn)下依然有效。

实验面临一个(yígè)巨大技术挑战——每十亿个光子中仅有一个会分裂，找到它无异于大海捞针(dàhǎilāozhēn)。研究团队凭借超稳定光学(guāngxué)装置(zhuāngzhì)、极低背景噪声、高效探测系统以及持之以恒的观测，最终捕捉到足以证实光的角动量守恒定律的关键数据。

除验证守恒定律外，研究团队还首次观测(guāncè)到光子对的(de)量子纠缠现象。这表明该技术有望拓展至更复杂量子态的制备，实现光子间的空间、时间、偏振等(děng)多维度的全面纠缠。

研究团队强调，这项成果具有理论价值，他们计划提升系统效率，优化(yōuhuà)测量方案，并探索多(duō)光子量子态在基础研究和量子通信网络中(zhōng)的应用前景。（记者刘霞）