近期，瑞士的Anderson等人通过时间分辨拉曼光谱的方法，进行了单声子介导的光子量子相关性的研究。通过使用双色抽运探测拉曼散射和光谱分辨的时间相关光子计数，研究人员提出并演示了一个多用途的技术来测量一个声子Fock状态的寿命。在脉冲光激发之后，Anderson等人通过单个斯托克斯光子的投影测量，进行概率性的制备n=1的声子Fock态。研究人员利用第二个延时激光脉冲产生的反斯托克斯光子来探测具有亚皮秒时间分辨率的声子布居。Anderson等人观察到强烈的非经典斯托克斯-反斯托克斯相关性，其衰减映射了单声子动力学。研究人员的方案可以应用于任何拉曼有源振动模式。通过双模纠缠振动态的制备和检测，研究方案稍作修改就可以对Fock态的寿命或声子的量子相干进行测量。

图1 实验装置的原理图。

声子是晶体和分子内部振动模的量子化激发，其频率范围的跨度宽达100 THz。在这些高频率下，室温中声子的热占有率远小于1，因此量子效应很容易被观察到。例如从金刚石晶体、液态水和其它分子物种的脉冲拉曼散射中，人们可以观察到的一个短激光脉冲中单个声子的产生和湮灭产生非经典相关的斯托克斯-反斯托克斯（S -aS）光子对。随着量子光力学的出现，研究人员在实验中使用相敏检测和光子计数等技术观察到了量化的低频率（MHz到GHz）机械振荡。最后，在最近的一系列实验中，研究人员还使用纯金刚石和气态氢中的拉曼活性声子模式在室温下存储和处理皮秒时间尺度上的经典量子信息。因此，开发用于解决块状和纳米级系统中的非经典声子态的多用途方案和技术是一个很有前途的研究方向，这将有助于提高人们对在环境条件下发生的量子效应的理解，并将其用于量子技术。

图2 实验原理以及频域光子计数的原理图

原文链接： https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.233601

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