中国物理学家实现20倍激光增强

中国物理学家证明，光的量子特性可以替代原始激光功率，在不增加目标能量的情况下，实现超快激光相互作用的20倍增强。这项发表在《自然》杂志上的成果，可能重塑科学家在最短时间尺度上探测物质的方式。

量子涨落成为工具

华东师范大学吴健领导的团队使用一种名为明亮压缩真空态（BSV）的量子光态，触发钠原子中的隧穿电离。与常规激光脉冲中光子以相对稳定速率到达不同，BSV会产生极端的光子密度涨落——即使平均能量较低，也能产生瞬时强度极高的短脉冲。

团队发现，平均能量仅300纳焦的BSV脉冲产生的非线性电离效应，相当于有效强度高出20多倍的常规激光脉冲。关键在于，这种增强没有提高平均功率，从而降低了对目标和光学元件的热损伤或结构损伤风险。

对阿秒科学的意义

非线性光学过程——多个光子几乎同时与物质相互作用——是高次谐波产生、阿秒物理等领域的基础，后者以10的负18次方秒的时间尺度追踪电子动力学。这些实验通常将激光推近材料损伤极限。

研究人员通过设计光的量子统计特性而非放大脉冲能量，展示了在不增加平均功率的情况下独立调节相互作用强度的能力。该方法表明，未来的阿秒实验和极端光-物质相互作用可以以更低的能量成本进行，附带损伤也更小。

光学领域的更广泛转变

这项研究反映了量子光学领域的一个趋势：将量子涨落视为功能性资源而非需要抑制的噪声。尽管该技术仍高度实验性，但它指向了新一代超快光学技术——精心构造的量子光态将与强力激光同等重要。