科学家发现光子遵循量子规则

  参考消息网4月15日报道 据美国《大众机械》月刊网站3月11日报道，尽管量子霍尔效应的实用价值一目了然（成为计量学中极为强大的工具），科学家仍好奇这一现象是否为电子所独有。毕竟电子会对电场、磁场的存在做出反应，而光子(举例而言)不带电荷，通常不会与这些场发生反应。但一项由国际科学家团队主导、发表在美国《物理评论X》杂志上的新研究首次详细记录了这样一种观测结果：光(即光子)实际上也会表现出量子化霍尔漂移，这意味着量子霍尔效应并不局限于电子。

  该研究的合著者、加拿大蒙特利尔大学的菲利普·圣让在声明中说：“光以量子化方式漂移，遵循与强磁场下电子类似的普适台阶。观测光的量子化漂移难度极大，因为光子系统本身就非平衡态。与电子不同，光需要精准控制、操纵与稳定。”

  2018年11月，国际计量大会投票决定，正式基于普朗克常数(借助量子霍尔效应)重新定义“千克”这一基本单位，从而终结了长达130年之久、依靠存放在法国某金库内的实物原器来定义千克的历史。这意味着，全球各地的实验室都能在实验中进行极高精度校准工作。

  圣让说：“如今，千克的定义是基于基本物理常数确立的，其实现手段是利用一种机电设备来比对电流与质量。要让电流实现完美校准，我们需要通用的电阻标准，而量子霍尔平台恰好提供了这一标准。得益于此，世界各国将共享完全一致的质量定义，不再依赖实物原器。”

  这种对光进行高度精准的量子化调控能力，不仅为计量学领域开启了新的大门，还有望助力开发出超高精度的传感器(通过检测与完美量子化状态之间的偏差)，并进一步提升光子量子系统的性能。（编译/朱捷）