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量子通信领域取得进展：科学家制造出90%相同的光子

来自巴塞尔大学、波鸿鲁尔大学和帕德博恩大学的研究人员联手在量子通信领域取得重大突破，生成了90%相同的光子对。

这些几乎不可区分的粒子可用于实现量子纠缠或量子干涉，而这些是量子通信所需的关键现象。

我们对量子物理的理解为计算和传感开辟了新前沿。

科学家正在研究不同材料，以在量子层面存储和处理信息，并使用了从囚禁离子到中性原子、从超导电路到光子等多种方法作为量子比特或量子位。

光子是最容易操作的信息载体之一。

然而，要将其用于量子通信，它们必须具有完全相同的性质，或者说彼此之间应当是“不可区分的”。

此前生成这些光子的尝试成果有限，因为这些光子要么失焦，要么只是暂时相关。

来自巴塞尔大学、波鸿鲁尔大学和帕德博恩大学研究人员的合作努力，借助半导体量子点解决了这一障碍。

利用双激子衰变 研究人员使用带有光学谐振器的半导体量子点，利用一种称为“双激子衰变”的过程来生成几乎不可区分的光子。

在这一过程中，由一个由两个束缚激子组成的分子发生衰变，并释放出一个激子和一个光子。

“量子点常被描述为半导体中的人工原子，可以生成单个光粒子，”帕德博恩大学功能光子结构教授斯特凡·舒马赫解释说。

“通过将其集成到专门的光学腔中——类似于激光器中的光学腔——本研究中的光发射过程被专门加速并受到控制。

” 激子由电子和电子空穴组成，在这一过程中，量子点被双重激发，随后这种激发发生衰变。

双激子级联因此会一个接一个地产生两个光子。

更重要的是，这些光子对可以像按键一样按需产生，这对于部署到新时代技术中很有用。

可调纯度 该团队进一步推进了巴塞尔大学实验凝聚态物理教授理查德·沃伯顿关于量子点与光学腔相互作用的研究。

虽然这项工作帮助在多个领域取得了突破性进展，但该合作研究团队利用双激子衰变科学，以受控方式促进其衰变。

这帮助研究人员实现了90%的不可区分性，相比此前实现的60%不可区分性有了重大提升。

更高的光子不可区分性意味着数据处理中的错误更少。

“结果与理论预测表现出极好的一致性，并为生成具有更高不可区分性的光子指明了道路，”沃伯顿在一份新闻稿中补充说。

“它们表明，双激子衰变能够产生非常高质量的光子——前提是系统通过腔得到适当控制。

” “我们发现，所生成光子的纯度也可以利用谐振器进行优化，并且只受半导体晶格振动（声子）的限制，”帕德博恩大学混合量子光子器件负责人克劳斯·约恩斯说，他也参与了这项工作。

“这种被称为‘腔馈入’的现象，必须在未来设计中加以考虑，然后可以系统地进一步最小化。

” 研究成果发表在《物理评论应用》杂志上。

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电磁波的诞生：四位科学家的接力

作者 白丁独白 你每天刷手机、连 Wi‑Fi、听广播，背后都是一种看不见的东西——电磁波。

它今天稀松平常，可在一百多年前，"电磁波"还只是一个写在纸上的猜想。

它怎样从猜想变成现实？答案是四位科学家的接力：法拉第用实验奠基，麦克斯韦用方程预言，赫兹用实验证实，马可尼把它变成通信工具。

四个人大多一辈子没碰过面，接力却真实地发生了。

这篇文章，就讲清这条接力是怎样传下来的。

01 今天，一段看不见的"波"，从何而来 电磁波不是一步"发现"出来的，而是分四步走完的：先有人看见电和磁的现象，再有人用数学把它们统一成理论，接着有人用实验证明理论是对的，最后有人把它做成了能用的工具。

这四步，恰好对应四个名字、四代接力。

读下去之前，先记住这条主线：现象 方程 实验 应用。

02 法拉第：用实验推开一扇门 故事从法拉第开始。

他是装订学徒出身，没受过系统教育，却靠实验成了电学奠基人。

1831年，40岁的法拉第发现电磁感应：变化的磁场能在导体中产生电流。

他还提出一个关键概念——"场"：力不需要靠一根看不见的线传递，而是充满整个空间。

这个"场"的想法，成为后来一切理论的种子。

但他不懂数学，无法把"场"写成公式。

这个缺口，交给了下一个人。

图1：法拉第画像（资料图：公开历史画像） 03 麦克斯韦：用方程"算"出电磁波 接棒的是麦克斯韦。

他读法拉第的著作《电学实验研究》，一眼看出"力线"背后藏着数学秩序，立志用公式表达法拉第的"场"。

1865年，33岁的麦克斯韦发表《电磁场的动力学理论》，用四个方程统一了电与磁，并补上关键的"位移电流"假设。

更惊人的是，他从方程里算出一个数字：电磁波的传播速度约每秒30万公里，正好等于光速。

于是他写下结论：光，本身就是一种电磁波。

这是"算"出来的预言——那时，还没有任何人见过电磁波。

图2：麦克斯韦画像（资料图：公开历史画像） 04 赫兹：第一次在实验室"看见"它 理论被算出来了，但需要证据。

1888年，31岁的赫兹做了一个著名实验：用火花放电装置做发射器，用谐振环做接收器。

当发射端打出火花，几米外的接收环也跳出了火花——电磁波就这样穿过空气，被"看见"了。

他还测出电磁波速度接近光速，并证明它能像光一样被反射、折射、偏振。

麦克斯韦的预言被证实，物理学界就此接受了电磁理论。

有意思的是，赫兹自己却很谦虚，说这个实验"没有任何实用价值"。

图3：赫兹肖像（资料图：公开历史画像） 05 马可尼：把它变成跨越大西洋的电报 如果故事到此为止，电磁波还只是实验室里的奇观。

真正的转折来自马可尼——他自学成才，读到赫兹实验的公开报道后，坚信电磁波能用来通信。

1895年，21岁的马可尼在自家庄园把信号送过了约2公里外的山丘；1901年12月12日，27岁的他在加拿大纽芬兰，用风筝天线收到了从3000多公里外的英国发来的莫尔斯电码"字母S"——人类第一次跨越大西洋的无线电报就此诞生。

当时科学界普遍认为地球曲率会让信号传不了这么远，马可尼却做到了。

图4：马可尼肖像（资料图：公开历史画像） 06 他们大多没见过面，接力靠什么？ 这是最打动人的部分。

四位科学家几乎没在现实中交接：麦克斯韦是通过读法拉第的著作接棒的，赫兹是通过读麦克斯韦的论文立志验证的，马可尼是通过读赫兹实验的公开报道起步的。

接力靠的从来不是见面，而是一篇论文、一次报道、一份公开发表的结果。

科学就这样跨越时间和空间，一代人接着一代人，把一块拼图补完。

07 几个容易被误解的地方 第一，电磁波是被"算"出来的，理论走在了实验前面——这在今天也常有发生。

第二，"无线"不等于"没有介质"：电磁波不需要导线，靠的是变化的电场和磁场彼此激发、在空间里传播。

第三，四位科学家并不认识彼此，也没有师徒关系，他们是通过公开发表的成果间接接力的。

明白这三点，再看这段历史，会清楚得多。

今天你手机里随时能收到的信号，就来自这场跨越百年的接力：法拉第看到现象，麦克斯韦写出方程，赫兹给出证明，马可尼把它送到大洋彼岸。

下次信号满格时，你可以想想——那其实是一百多年前，四个彼此不曾谋面的人，用论文和实验接力传下来的一束光。

资料来源｜麦克斯韦：英国物理学会（IOP）"Maxwells equations"｜核验于2026-10-02 资料来源｜赫兹：《赫兹和电磁波的发现》，中国物理学会期刊网《物理》｜核验于2026-10-02 资料来源｜马可尼：ARRL美国无线电中继联盟"Radio Anniversaries Abound in December"｜科普中国、央视网科教频道