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中国团队用0。3微焦激光撬动7。1微焦效应,量子光颠覆“越强越好”常识

一个平均能量就0.3微焦的光脉冲,居然能弄出7.1微焦的效果你信不,这就是说科学家用不到二十分之一的能量,撬动了原本得用

一个平均能量就0.3微焦的光脉冲,居然能弄出7.1微焦的效果你信不,这就是说科学家用不到二十分之一的能量,撬动了原本得用二十分之二十才能完成的物理过程,这不是计算错了,也不是实验出问题了,而是一项刚登上《自然》杂志的中国研究给出的真实结果。

大多数人对激光的认知还停留在"越亮越强"。能量随便地堆积起来,就是科幻电影里那些能切割钢铁、捣毁飞船的光束华东师范大学吴健团队却告诉世界:光的力量,不一定要靠蛮劲。他们用一种名为"明亮压缩真空态"的特殊光源,让光子突然"抱团"出现,在极短的时间窗口内形成远超平均水平的瞬时爆发。这个过程不需要更大的激光器,不需要更高的电压,甚至不需要更贵的光学元件。

要明白这件事为啥重要,首先得知道一个现实困境在超快物理研究中,科学家需要在阿秒——也就是百亿亿分之一秒——的时间尺度上捕捉电子的运动轨迹。驱动这一过程的核心机制叫隧穿电离:用极强的光场把电子从原子中"踢"出来。问题是,传统激光要是想增强这种非线性效应,差不多就只有一个办法使劲儿增加能量,堆到什么程度堆到材料开始损伤,光学元件开始发热变形

这就好比你想要让一辆车开得更快,唯一的办法就是不停地加大油门,直到引擎冒烟,吴健团队换了一个完全不同的思路他们没有加大油门,而是让发动机学会了"深呼吸"。明亮压缩真空态的光子不会像普通激光那样均匀到达,而是会在某个瞬间聚集,形成一场微观尺度的光子风暴。

这场风暴来比较快、走比较快,平均能量差不多没什么变化,却能在那电光火石的那一刻爆发出惊人的强度,研究团队用纯净的钠原子做实验,用阿秒角条纹技术精确标定,最后确定,300纳焦的BSV脉冲,它的等效强度和7.1微焦的相干光差不多。二十倍的差距,不是靠堆能量实现的,而是靠光子本身的量子统计特性。

更有意思的是,研究团队发现,通过调节光子的抱团程度来把控有效强度是可以做到的如同一个旋钮,拧得越大,光子越密集地聚集,瞬时爆发就越为猛烈这种调控方式从本质上改变了游戏规则,以前科学家只能靠增加功率来让效果变强,现在能通过改变光的量子状态来达到一样的目的。

吴健团队为此还发展了一套量子ADK理论,将光与电子之间的纠缠关系纳入考量,揭示了量子光的独特统计特性如何通过纠缠机制传递给电子。

这项研究的影响远不止于一个实验室。高次谐波的产生——阿秒科学的基石——本质上就是电子波包与母核碰撞后释放出极短波长辐射的过程

过去,这类实验对激光强度要求特别高,好多材料和样品在实验的时候肯定就会受到损伤,要是BSV技术能成熟起来,未来的阿秒实验可能就不用再杀敌一千自损八百,用更低的能耗、更温和的条件,也能打开微观世界的大门。

当然,这项技术眼下还处在高度实验的状态明亮压缩真空态的产生、操控和稳定性,每一项都是巨大的技术挑战。量子光源的制备工艺比较复杂,还挺容易受环境噪声的干扰,离能实用化还有好长一段路要走,但方向已经很清晰,2026年5月20日发表在《自然》上的这篇论文,还有期刊同一个时间段发布的评论文章,这也就是说一个全新的时期开启了。光的量子涨落不再是需要压制的噪声,而是可以善加利用的资源。

过去几十年,激光功率的提升路径一直是"更大、更强、更贵"。1985年DonnaStrickland和GérardMourou发明频率漂移放大技术后,激光功率一路飙升,终于在近年触到了天花板。要是想达到10^23瓦的极端强度,传统的办法就是需要很大的光束还有很贵的光学系统,吴健团队的工作好像暗示着另一条途径,不要在经典物理的框架里一味地一根筋地钻研,还不如到量子世界中去寻求帮助

一个令人遐想的问题浮出水面:如果光子的"抱团"可以增强二十倍,这样是否存在某种更精巧的量子态排列,能让这个倍数变成一百倍、一千倍?当量子光学与强场物理在原子尺度上真正融合,我们对光与物质相互作用的理解,会不会被彻底重写?

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数据来源:

Jiang, Zhejun et al. "Nonlinear atomic tunnelling boosted by bright squeezed vacuum." Nature, 20 May 2026. DOI: 10.1038/s41586-026-10485-9

国家自然科学基金委员会, "华东师范大学吴健团队实现量子增强电子隧穿," 2026年5月28日

江庆龄, "华东师范大学教授吴健团队利用非经典光实现量子增强," 中国科学报, 2026年5月21日

江苏激光联盟, "国际研究团队展示增加激光强度的创新技术," Applied Physics Letters封面论文报道, 2021年1月

OFweek激光网, "激光的威力足以研究新物理学," 2020年7月

中国科学院物理研究所, "高次谐波光谱中的全量子轨道映射," Physical Review Letters, 2014年

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