[光学原理与应用-526]：光子经过 BBO 晶体，可以分裂成两个光子？现实应用？

光子过 BBO 晶体通俗版不带公式先说大白话结论不是把一个光子像掰饼干一样掰成两半。是进来一个高能光子在 BBO 晶体里面消失不见了同时 “生出” 两个能量更低的全新光子。这个过程叫自发参量下转换。 条件必须要有 BBO 这块晶体真空空气里光子自己不会发生这个现象。 而且不是每一个光子进来都会变绝大多数光子直接穿过去啥事没有只有很小一部分会变成一对光子。新出来的这两个光子合起来的总能量刚好等于最开始进来那一个光子的能量不会多也不会少。两个光子各自都是完整光子不存在 “半个光子”。这一对光子有个很特别的本事互相纠缠。只要测到其中一个的状态瞬间就知道另一个是什么状态哪怕两个已经飞出去很远。现实里干什么用通俗易懂讲应用1、做真正的单光子预报单光子源实验室要做单光子双缝干涉实验很难直接造出“一次只出一个光子” 的光源。 就用 BBO晶体生成一对光子。 我盯住其中一个只要探测器收到这一个就知道另一个光子也已经飞出来了。拿这一个去打双缝。这就是真实物理实验里用来证明干涉是单个光子自己的特性不是光子之间互相打架的实验光源。2、检验量子世界到底是不是真实的贝尔实验这是 BBO 最经典的科研用途。 利用晶体出来的纠缠光子对做贝尔不等式实验。用来验证量子世界确实存在这种诡异的纠缠关联推翻过去 “隐变量” 的猜想。几乎全世界所有大学量子实验室标配这套装置。3、光量子计算机原型国内 “九章” 光量子原型机就是靠很多组 BBO 晶体一批批生成纠缠光子再把一大堆光子送进光学线路做计算。注意只是科研原型还不是我们日常用的商用电脑。4、量子通信研究量子密钥纠缠光子可以用来做加密通信研究。 一对纠缠光子一个发去远方一个留在本地。利用纠缠的特性做密钥理论上一旦有人窃听通信双方立刻就能发现。注意市面上已经落地的商用量子保密设备大多不用 BBOBBO 更多用于实验室原型研究它出光子的效率太低不适合大规模工程使用。5、鬼成像量子成像一对纠缠光子分开两路。 一路光子打在要拍摄的物体上另一路光子根本不接触物体。 两台探测器分别接收两路光把信号做关联计算照样可以还原出物体的照片。 好处光线极弱也能成像对生物样品伤害小现在还在实验室研究阶段未来有望用于遥感、生物显微。6、BBO 还有大量跟量子无关的工业用途BBO 是很厉害的非线性激光晶体。可以把普通激光转换成紫外、深紫外激光。 比如 266nm 深紫外激光器半导体晶圆检测设备里面就在大量使用 BBO 晶体做频率转换这一块是它工业上最大的用量。几个通俗误区提醒❌一个光子进去就一定出来两个光子 ✅是碰运气的概率事件大部分光子直接穿过去什么变化都没有。❌原来的光子被切成两半变成两个 ✅老光子直接消失产生两个全新光子。❌纠缠等于两个光子之间有绳子拉着、有作用力 ✅不是物理力的互相拉扯是量子态天生的强关联两个光子之间没有传递任何信号。❌BBO 出来的这一对光子发生的干涉 ≈ 普通双缝干涉 ✅不一样 普通双缝干涉一个光子自己跟自己干涉。 这一对纠缠光子可以做 HOM 双光子干涉是两个不同光子之间的高阶干涉现象条件很苛刻和日常看到的光干涉不是同一回事。一条完整的实验故事线串起前面问过的全部内容激光打 BBO 晶体 → 小概率生成一对纠缠光子 探测其中一个光子就知道另一个单光子已经生成 把这个单光子送入双缝 一个一个光子打屏幕慢慢累积出现干涉条纹。 证明干涉是单光子自身的特性并不是很多光子互相干扰造成的。