光子是许多量子技术的基础，如超安全的量子通信和可能改变游戏规则的量子计算机。它由这种能力那是因为这些光粒子可以纠缠或置于叠加态，由于有这两种量子态的存在，使得量子技术成为可能。但是为了创造这些状态，研究人员需要使用具有少量光子，甚至只有一个光子的极其非经典的光。这可能是一项艰巨的任务，需要复杂的设置，因为典型的光源(如激光)产生的状态总是有可能拥有大量光子。

芝加哥大学普利兹克分子工程学院(PME)的理论家开发了一种用于在腔体中捕获单光子的新方法。他们的机制允许两个光源在破坏性的干涉抵消两个光源之前将选定数量的光子发射到一个腔体中，它本质上是形成一道“墙”，能阻止更多的光子进入到其中。

这种新机制可以提供一种更简单的方法来创建单光子源，而无需使用通常所需的复杂材料和系统。该研究由芝加哥大学Aashish Clerk教授与研究生Andrew Lingenfelter和David Roberts领导，于11月26日发表在《科学进展》上。

用于在腔中捕获单光子的常规系统涉及使用具有极大的非线性光学材料，它会迫使腔中的光子发生强烈相互作用。在这样的系统中，即使只添加一个光子，腔的谐振频率也可以发生强烈的偏移。如果然后将激光照射到腔体上，可以进入一个光子，但不能进入第二个(因为进入的第一个光子会产生频移)。

这种机制的问题在于它需要非常大的非线性光学和非常低的耗散，这种组合在大多数平台上即使不是不可能实现也是极其困难的。因此，Clerk教授的研究团队提出的系统使用了两个不同的源同时将光子发射到具有极弱非线性(对于常规方法来说很弱)的腔中。通过仔细调整后，一旦在腔中捕获了选定数量的光子，这些光源就会通过破坏性的干扰相互抵消——它形成一个“墙”来阻挡光子。

这种技术的潜在应用是广泛的。以这种方式使用相消干涉意味着系统不必使用特殊的非线性光学材料，这为多种不同的平台打开了大门，包括作为量子模拟的工具。这一基本机制还可以应用于各种电磁辐射，而不仅仅是可见光。一种令人兴奋的可能性是使用它在超导电路中产生和控制微波频率光子，这可以实现一种存储和处理量子信息的新方法，Clerk的小组目前正在与实验者合作计划来做到这一点。

他和他的合作者甚至正在研究该系统作为纠缠光子的一种潜在方式，在这种情况下，观察一个光子会自动提供有关它与之纠缠的光子的信息，无论它们相距多远。

Clerk说：“我们认为这个方法可以在很多不同的系统中工作。如果你不需要特殊材料，它确实扩展了基于光的量子技术的潜力。”（编译:Qtech）