一项新研究探讨了光子——光的基本粒子——在遇到材料属性迅速变化的边界时的行为。这项研究揭示了显著的量子光学现象，可能增强量子技术，并为一个令人兴奋的新兴领域铺平道路：四维量子光学。
四维光学是一个研究光在时间和空间中变化的结构中散射的领域。它对于推动微波和光学技术的进步具有巨大潜力，因为它能够实现频率转换、放大、极化工程和不对称散射等功能。这就是为什么它引起了全球许多研究者的兴趣。
在过去的几年里，这一领域取得了显著进展。例如，最近一项在《自然光子学》上发表的国际研究，也涉及UEF，强调了加入共振等光学特征能够极大影响电磁场与时间变化的二维结构的相互作用，为控制光开辟了奇特的可能性。
现在，基于他们在经典光学方面的前期研究，UEF的研究团队将调查范围扩展到量子光学。该团队对与材料的量子光相互作用进行了详细研究，该材料的宏观属性在时间上发生突然变化，形成了两个不同介质之间的单一时间界面（类似于空气和水之间的界面，但在时间而不是在空间中）。
该研究的首席研究员米尔穆萨博士解释道：“四维量子光学是下一个合乎逻辑的步骤，使我们能够探索这一领域对量子技术的影响。我们的研究迈出了这一步，现在为我们检查时间和空间中变化的复杂结构提供了基础工具，以揭示新颖的量子光学效应。”
研究表明并揭示了几种引人入胜的现象，包括光子对的产生和湮灭、真空态的产生以及量子态的冻结，所有这些都可能在量子技术中具有潜在应用。
研究人员承认，这只是一个开始。四维量子光学开始成为一个新兴领域，预计很快会吸引大量关注。例如，探索量子光场与周期性重复的时间界面（称为光子时间晶体）的相互作用尤其令人兴奋。
米尔穆萨博士补充道：“在我们的论文中，我们没有考虑色散。真实材料本质上是色散的，这意味着响应相对于激发存在延迟。为了解决这种内在特征，需要发展更全面的理论。”他继续说：“引入色散可能会为控制光的量子态开辟新可能，而我对此非常有动力去探索。”
该研究最近发表在《物理评论研究》上。
