概念渲染显示聚焦在单模光纤上的结构化激光束（洋红色）和双光子量子态光之间的差异。图片来源：马库斯·希卡马基，坦佩雷大学

　　光学，对光的研究，是物理学中最古老的领域之一，从未停止让研究人员感到惊讶。虽然将光描述为波现象的经典描述很少受到质疑，但一些光学效应的物理起源是。坦佩雷大学的一组研究人员将关于一种基本波效应的讨论带到了量子领域，即围绕聚焦光波异常行为的辩论。

　　研究人员已经能够证明量子波的行为与经典对应物明显不同，可用于提高距离测量的精度。他们的发现也增加了对异常聚焦行为的物理起源的讨论。研究结果现已发表在《自然光子学》上。

　　“有趣的是，我们从基于我们早期结果的想法开始，并开始构建量子光以提高测量精度。然而，我们随后意识到，该应用的基本物理学也有助于关于聚焦光场的Gouy相位异常起源的长期辩论，“坦佩雷大学实验量子光学小组组长Robert Fickler解释说。

　　量子波的行为不同，但指向相同的起源

　　在过去的几十年里，在单个光子水平上构建光场的方法已经非常成熟，并导致了无数新的发现。此外，还实现了更好的光学基础。然而，为什么光在通过焦点时会以如此意想不到的方式表现的物理起源，即所谓的Gouy相位异常，仍然经常引起争论。尽管它在光学系统中被广泛使用和重视。目前研究的新颖之处在于将效应放入量子域。

　　“在发展理论来描述我们的实验结果时，我们意识到（经过长时间的辩论）量子光的Gouy相位不仅与标准相位不同，而且其起源可以与另一种量子效应联系起来。这就像早期工作中的推测一样，“该研究的主要作者，博士研究员Markus Hiekkamäki补充道。

　　在量子域中，与经典光相比，异常行为加速。由于Gouy相位行为可用于确定光束传播的距离，因此量子Gouy相位的加速可以提高测量距离的精度。

　　有了这种新的理解，研究人员正计划开发新技术来增强他们的测量能力，以便能够测量更复杂的结构光子束。该团队预计，这将有助于他们推动观察到的效应的应用，并可能揭示量子场和经典光场之间的更多差异。

　　更多信息：马库斯·希卡马基等人，量子古伊相的观察，自然光子学（2022）。DOI： 10.1038/s41566-022-01077-w

　　期刊信息：自然光子学