在20世紀中（zhōng）葉之前，光在人們心中似乎還隻是（shì）一種（zhǒng）平常（cháng）的存在（zài）。雖然我們知道它可以既是粒子又是波，但它好像並沒有表現出其他特別離（lí）奇的（de）行為。

二戰結束之後，科學家們開始更（gèng）多地關注光（guāng）的特性。這在一定程度上（shàng）是受到了（le）過（guò）剩的探照燈的推動，這些探照燈可以被轉（zhuǎn）換成廉價的可用於測量恒星特性的光探測器陣列。於是，科學家們掀起了一場針對光子（zǐ）的“淘金熱”，他們發現了光的許多有趣行為。

1987年，一項具有裏程碑意義（yì）的實驗出現了，它證明了一個驚人的量子光學效應，那就是當兩個完全相（xiàng）同的光子在同一時間進入一（yī）個分束器時，就會產生（shēng）一些讓人意想不到的效應。如下圖所示，當兩個不可區分的全同光子在同時間擊中了一麵部分反射鏡後，我們雖然無（wú）法預測它們接下來會往哪個方向傳播，但卻可以確定無論它們去哪，都會一同前（qián）去。

○ 部分反射鏡中兩（liǎng）個單光子源之間的幹（gàn）涉：如果這兩個光子（zǐ）相同（左），那麽它們總是同時離開（方向隨（suí）機）；如果光子不同，那麽它們有可能以不同的方向（xiàng）離開。

這與（yǔ）我們在經典世界中的經驗是（shì）不一樣的，假如世界是經典的，那麽我們應該看（kàn）到每個光子的行為都是獨立的，它們有一半幾率會選擇向不同的方向傳播。但在量子世界（jiè），量子幹涉會迫使它們結合在一起，導致它們總以相（xiàng）同的方向離開分束器。

這種（zhǒng）類型的（de）幹涉隻能作用於全同光子，也就是說這種幹涉的出現對光源有著非常特殊的要求，它們強烈依賴於能根據指（zhǐ）令產生單一的、相同的光子的設備。光子可以通過顏色（即波長（zhǎng））、顏色的純度（即相幹性)、振蕩電場的方向（即偏振）、空間形（xíng）狀以及它（tā）們（men）到達的時間來（lái）進行（háng）區分。縱觀物理學研究的曆史，我們不難發（fā）現要創造出這種全同光子是一件極其困難的事（shì），已（yǐ）經有許多研究人員為此奉獻了大量的時間和精（jīng）力。

現在，科學家用精妙的實驗證實（shí），太陽就可（kě）以成為這樣一種（zhǒng）光源。他們發現，即使相（xiàng）距1.5億公裏，光子（zǐ）之間也（yě）可以存在量子幹（gàn）涉（shè）。這為在天文尺度上進行量子光（guāng）學實驗打開了一扇窗戶。

我們知道，太陽放出的光子具有非常廣的頻率和偏振範圍，並且科學（xué）家是無法控（kòng）製它們的到（dào）達時（shí）間（jiān）的。那研究（jiū）人員是如何將太（tài）陽變成這樣一種特殊（shū）光源的呢（ne）？

量子點（Quantum dots）讓這一切成為了可能。量子點是一類通過限製單（dān）個電子來產生量子行為的微小物質點。電子的約束作用能將電子限製在特定的能量範圍內，當電子要釋放（fàng）能量時，就會發射出光子。

材料科學（xué）家找到了（le）製造出這種幾乎完全相同的物質點的方法，它們能釋放出顏色完全相同的光子。與此同時，科學家們（men）還有辦法使它們具有相同的純度、空間形狀和（hé）偏（piān）振。實驗證明（míng），兩個量子點（diǎn）是可以發射出全同光子（zǐ）的。

但（dàn）是，僅僅如此是不夠（gòu）的。雖然科學家可以通（tōng）過精妙的控（kòng）製來確保量子點能自然地產生相同的光子（zǐ），但是對於像（xiàng）太陽這樣的不受（shòu）控的東西（xī），又該怎麽做呢？

為了能把太陽變（biàn）成一個單光子源，研究人員將一個太（tài）陽望遠鏡與一係列光纖、濾光鏡，以（yǐ）及光柵結合在（zài）了一起，這些光柵是專為（wéi）生成與他們在實驗室中用半導體量子點產生的（de）光子相匹（pǐ）配的光子而設計的。如此一（yī）來，他們把持續從太陽捕捉到的光線過濾（lǜ），隻留（liú）下具（jù）有正確的（de）顏色、純度、空（kōng）間形狀和偏振的光子。

○ 實（shí）驗裝（zhuāng）置。| 圖片來源：[3]

接著，他們將得到的光子與一個來自半導體量子點的光子一同送到一（yī）個部分反射鏡進行分束。在這個過程中，時間扮演著非常重要的角色。因（yīn）為實驗要求（qiú），當來自量（liàng）子點（diǎn）的（de）光子到達分束器時，同時也隻能有一個來自太陽的光子撞擊到這個分束器上。

而太陽（yáng）發射光子的時間是隨機且任意的，並且光子數（shù）量眾多，可用的光子總是不止一個；但一個量子點卻隻能每10納秒左右發（fā）射一個光（guāng）子。因此，研究人（rén）員必須丟棄許多來自太（tài）陽的光子，直（zhí）到其平（píng）均光子速率與量子點（diǎn）的光子速率大致相同，才可能解決在時間上存在的障礙。另外，他們將探測器設定成隻能以特定的（de）時間間隔打開（kāi），以（yǐ）此來檢測一同到達的光子。

在這樣的情況下，他們得到了與全同光子實驗幾乎完全一致（zhì）的實驗結果：當兩束光子（zǐ）流（liú）在分（fèn）束器處結合（hé）時，如果光子能同時到達，那麽它們有90%的幾率能一（yī）同離開。而不完美之處源自（zì）於量子點有時會（huì）發出兩個光（guāng）子，且來自太陽的光子流也偶爾會出現兩（liǎng）個光子，如此一來（lái），便會使得研（yán）究人員無法觀測到完美的（de）量子幹（gàn）涉。

但這已經是令人極為滿意的結果（guǒ）了（le），它表（biǎo）明幹涉已經超出了（le）經典物理學的預期（qī），這意味著即便是來自自然光源（yuán）的熱光源也可以用於量子（zǐ）光學（xué）實驗。研究人員還更進一步地做到了將來自太陽的光子與來自量（liàng）子點的光子糾纏在一起，生成了光子之間的糾纏（chán）態。他們證明，這種糾纏態顯然違反了貝爾不等式。研究人員解釋說，結果表明，在某些量子（zǐ）加密（mì）方案中，陽（yáng）光可以作為一種獨立的光源。

這是非常不可思議的結果（guǒ）。它意味著現在我們有了可以（yǐ）把任何老舊的燈泡變成量子源的技術！研究人員還介紹說（shuō），來自太陽的單光子的量子特性還將有助於我們理解太（tài）陽的活動過程，比如磁（cí）場行為等等。因此，它不僅可以帶來顯（xiǎn）而易見的技術應用，還具有令人興奮的潛在理論前景。