中国科大拿下量子光学全新突破！全球首次只用1个原子，就造出高阶多光子纠缠光源！

很多人听过量子纠缠，但想要搭建量子网络、运行光量子计算，最头疼的就是稳定好用的多光子纠缠光源。在此之前，全世界科学家做多光子纠缠，主流方案要么是把好多套独立光源拼在一起，整套装置又笨重又复杂，设备一大堆；要么就要求粒子具备非常特殊、复杂的能级结构，对材料门槛很高，后续拓展起来难度很大。在这次实验之前，学界只在单原子共振荧光体系里面观测到双光子纠缠，三光子、四光子这类高阶多光子散射过程一直缺少直接的实验证据，是量子光学领域长期等待实验证实的空白方向。

这次咱们中国科学技术大学郭光灿院士旗下李传锋、王健课题组，完成全球首次在共振荧光体系直接观测到三光子、四光子高阶多光子纠缠，相关论文2026年9月24日在线刊发于《自然·光子学》，国内9月30日正式对外官宣。咱们打个通俗比方：过去想要多个纠缠光子，就好比要好几台机器同步开工，还要费很大力气把产出的光子配对绑定到一起；而这次团队仅仅依靠最简单的二能级铷冷原子，借助光纤微腔增强光与原子的相互作用，搭配窄带滤波剔除干扰噪声，依靠原子本身自带的量子涨落，在弱激光驱动下，直接辐射出具备纠缠特性的多光子，不需要额外复杂操控。团队通过不等式检验，证实得到了真正的三体能量‑时间纠缠，还利用这个光源完成量子秘密共享演示，简单来讲就是多方加密通信，至少两个人配合，才能够读取完整保密信息。

国际上过去也有单原子产出纠缠光子的相关实验，但大多需要人为分步操控原子、分次释放光子，靠人为编排时序才能得到纠缠态；而本次成果最核心创新点在于，挖掘出共振荧光本身自带的内禀多光子散射机制，这种纠缠是这个物理现象原生自带的能力，不需要人工额外编排时序。

对比全球同类方案，这项成果的领跑优势十分突出。第一，硬件结构极简，只用最简单的二能级原子，不需要特殊复杂能级，搭建门槛大幅降低；第二，通用性很强，这套物理机制不局限于冷原子平台，还可以推广到量子点、囚禁离子、固体色心、超导量子系统等几乎所有主流量子平台，适配范围远超很多专属定制方案；第三，补齐了共振荧光物理研究里多年缺失的高阶实验证据，完善人类对于光与物质基础相互作用的认知，把量子光学基础研究向前推进一大步。

落到实际应用层面，这款光源是量子网络非常核心的组件。未来搭建跨节点量子互联网的时候，每一个量子节点都需要能够输出纠缠光子的光源，这套方案因为结构简单，很适合部署在分散分布的量子节点上；除此之外，在光量子模拟、分布式量子传感领域，多光子纠缠都是必不可少的核心资源，这项新技术给后续研发开辟了一条全新技术路线。

国际同行评价认为，该成果开辟了制备多光子纠缠的全新路径，跳出过去多光子光源设计固有的思路框架，证明最简单的原子体系，也能够产出高阶纠缠光子，为后续可扩展量子信息技术打开全新思路。

图｜二能级原子共振荧光多光子散射示意图。图片来源：中国科学技术大学新闻网官方公开原理图，仅用于科技科普。