Generation of bright quantum high-order harmonic driven by combined coherent and bright squeezed vacuum light
本研究表明，通过结合强相干激光与弱亮挤压真空激光来驱动原子气体中的高次谐波产生，能够实现明亮的量子高次谐波的创建，其中宏观传播效应和气体压力调制了所得阿秒脉冲的相位与量子特性，为阿秒量子光谱学铺平了道路。
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想象一下，宇宙是一个巨大的、繁忙的舞池，电子就是其中的舞者。通常，当我们想要观察这些微小的舞者运动时，我们会向它们投射一束明亮且稳定的聚光灯。这束聚光灯是一台激光器，当它撞击原子时，可以将电子撞离，或使它们旋转得极快，从而发出属于它们自己的微小闪光。科学家们已经发现如何让这些闪光变得极其快速——快到仅持续“阿秒”（attoseconds）的时间。为了让你理解这个概念，一个阿秒之于一秒，就像一秒之于整个宇宙的年龄一样。这些被称为“高阶谐波”的超快闪光，就像一台高速摄像机，让我们能够冻结电子的运动，实时观察化学和物理现象的发生。
但问题在于，我们用来产生这些闪光的激光通常是“相干的”，这意味着它们非常有序，就像一支步调一致、整齐划一的行进乐队。虽然这对于拍摄清晰的照片很有帮助，但它并不能告诉我们太多关于宇宙那混乱、抖动且具有量子特性的本质，因为在量子世界中，事物往往是不确定且存在波动的。最近，科学家们开始思考：如果我们能用并非完全有序的光来制造这些超快闪光会怎样？如果我们使用的光自带一点“量子抖动”会怎样？这将使我们拍摄的照片不仅能显示电子在哪里，还能揭示这场舞蹈背后隐藏的量子秘密和相关性。这就是“阿秒量子光谱学”的前沿领域，该领域试图在尽可能快的时间尺度上捕捉现实那诡谲、概率性的本质。
在这项研究中，一组研究人员决定将“有序”与“抖动”混合在一起，看看会发生什么。他们将一束强而稳定的激光（行进乐队）与一种带有狂野量子波动的较弱“挤压态”光源（抖动的舞者）结合在一起。他们将这种混合光射入氪气云中以产生高阶谐波。他们的发现是，“抖动”的部分并不仅仅是增加了一点噪声；当光穿过气体时，它完全改变了游戏规则。
研究人员发现，由这种混合光产生的不同类型的光闪烁——有些是完全均匀的，有些是常规节拍之间的半步，还有些是标准的奇数节拍——每种类型都需要不同的气体压力才能达到最亮的时刻。这就像是有序的激光和抖动的光试图保持同步步调，但抖动的光会根据舞池（气体）的拥挤程度，以不同的方式绊倒这些行进者。当气体太稀薄或太浓厚时，不同类型的闪光就会失去同步并逐渐消退。
通过与现实世界实验相匹配的详细计算机模拟，团队展示了弱的、抖动的光是如何干扰电子的“作用相位”（action phase）的。你可以把作用相位想象成电子旅程的内部时钟。抖动的光微调了这个时钟，使得电子到达终点的时间略有不同。这种微小的偏移改变了来自不同原子的光波如何对齐（这一过程称为相位匹配）。因为抖动的光在每一次发射时都会发生波动，所以使光线最亮的完美压力也会随之波动。
其结果是创造出一种新的“明亮量子高阶谐波”。团队展示了通过仔细调节气体压力，他们不仅可以控制光的亮度，还可以控制其“量子个性”。他们发现，一些新的光闪烁（偶数和半整数闪烁）保留了抖动源的“丛集”（bunching）行为，这意味着光子倾向于成群结队地到达，而不是一个接一个地到达。这证明了驱动光的量子怪异性已成功转移到了新的、超快的 X 射线光中。这项工作表明，我们现在可以构建更明亮、更可控的量子光源，为一种能够以空前的清晰度探测物质最深层量子秘密的新型光谱学铺平道路。
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