单光子 为何是量子科技的源头

我们对量子信息的好奇心是在 20世纪 90年代至 21世纪的。在该领域的发展过程中，单光子已经成为不同类型量子硬件的必要构件。

在量子技术的背景下，单光子的产生和操纵也已经成为量子通信和量子计算等应用的关键因素，也是量子计量学、生物学和探究量子物理学基础的实验的关键因素。

最简单的定义是，光子是最小的、离散的电磁辐射；或者，正如阿尔伯特·爱因斯坦在1905年所介绍的那样，光子是光的量子。光子是无质量的玻色子，与任何量子物体一样，它们同时具有粒子和波的特性。根据不同的实验条件，人们既可以探测光子的粒子行为，也可以探测光子的波状行为，但要记住，这两者总是存在的。对于粒子性质，人们可以使用福克态形式主义，其中模式（麦克斯韦方程的解决方案）的占用被量化为光子数量算子的特征值H ̂。然后，单个光子就是特征值为N=1的模式的状态。

对于波的性质，采用的是时空光子波函数形式主义来描述。在20世纪60年代，Glauber通过为解释激光、黑体辐射和单光子源（SPS）的光子统计奠定基础，统一了现在被称为量子光学的学科。Glauber的形式主义通过一阶相关函数φE(x,t)来描述光子的行为。在这个形式主义中，人们定义了单个光子的波函数，它再次强烈地服从著名的麦克斯韦方程。

不同的应用对所使用的单光子的特性有不同的要求。我们应该强调，在某些情况下，人们可以使用弱相干态作为单光子的近似值。弱相干态是强衰减的激光束，但它保留了它们的统计特性，特别是g(2)(τ)=1，因此不属于SPS的范畴。不过，对于所有的应用来说，一个不变的事实是，一个单光子源可以提供零、一个或多个光子；多于一个光子的情况对本评论和参考文献中描述的所有应用都是不利的。因此，在这里讨论的单光子源是一个具有两个或更多个光子的光子晶体。

（编辑：银川站长网）

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