量子力學是一門非常奇妙的科學，它揭示了自然界最基本的現象和規律。在量子力學中，我們經常遇到一些非常有趣的概念，比如不確定性原理、波粒二象性、糾纏態等等。今天，我們要討論的是一個和不確定性原理密切相關的概念，那就是量子漲落。

什么是量子漲落

我們都知道，在經典物理學中，真空是一個完全沒有物質和光的空間。在真空中，沒有任何能量和動力學過程。但是，在量子物理學中，真空卻不是這樣的。由于不確定性原理的限制，真空中存在著無窮無盡的隨機能量波動，這些波動就叫做量子漲落。

你可以把量子漲落想象成一個平靜的海面上突然出現的波浪，只不過這些波浪是在量子場中出現的。這些波浪有各種各樣的頻率和振幅，但是它們都非常微弱，以至于在正常情況下我們無法觀測到它們。但是，在某些特殊的情況下，它們卻可以產生一些非常有趣的效果。

量子漲落的應用

既然量子漲落這么微弱，那么它們會有用處嗎？事實上，量子漲落是一種非常重要的物理資源，它們可以用來做很多有意思的事情，這里我們就舉幾個例子。

生成隨機數。隨機數在密碼學和計算機模擬中有著廣泛的應用，但是真正的隨機數卻很難生成。量子漲落卻可以提供一種純粹的隨機性來源，因為它們是由不確定性原理決定的。在2021年，耶魯大學和都柏林三一學院的物理學家利用多模激光器產生了一種基于量子漲落的隨機數發生器。

實現光學參量振蕩器。光學參量振蕩器（OPO）是一種利用非線性介質將一個高頻光泵浦轉化為兩個低頻光信號的裝置。OPO可以用來產生各種特殊的光場，比如糾纏光、壓縮光、相干態光等等。OPO的工作原理就是利用量子漲落觸發非線性過程。

探測極微弱的信號。由于量子漲落具有隨機性和無關性，它們可以作為一種參考信號來探測極微弱的信號。比如，在引力波探測中，人們利用兩個相互正交的激光干涉儀來測量引力波造成的長度變化。為了提高靈敏度，人們在激光干涉儀中注入了一種基于量子漲落產生的壓縮光，從而降低了噪聲水平。

控制量子漲落

既然量子漲落是由不確定性原理決定的，那么我們如何對它們進行控制？這是一個非常有挑戰性的問題，因為量子漲落是一種非常微弱的信號，要想對它們進行干涉或者調節，需要非常精密的技術和設備。但是，最近，麻省理工學院的物理學家做出了一個突破性的實驗，他們首次實現了對量子漲落的控制。

他們在一個光學諧振腔中放置了一塊鋰鈮酸鹽晶體，然后用一個激光泵浦它。這樣就可以在晶體中產生兩個頻率為泵浦光一半的光子，這兩個光子就是由量子漲落觸發的。這兩個光子在諧振腔中循環，并且可以被放大。但是，由于物理過程的限制，這兩個光子只能有兩種可能的相位，我們可以把它們分別記為0和1。一開始，這兩個光子都有可能被放大，但是當其中一個光子的能量足夠大以抵消損耗時，系統就會發生一個“分岔轉變”，并且選擇其中一個相位作為最終結果。這樣就可以得到一個隨機的0或1。(www.ws46.Com)

但是，這個過程并不完全隨機，因為我們還可以在諧振腔中注入一個非常微弱的偏置光。這個偏置光可以和泵浦光干涉，并且影響量子漲落的結果。通過改變偏置光的相位和強度，我們就可以對量子漲落進行控制，并且調節0和1出現的概率分布。這就相當于給量子漲落加上了一個“調味料”，讓它們變得不那么隨機。