天之骄子
将光子称为“天之骄子”可谓名副其实，老天赋予光子以不变的不可超越的光速而运动,同时还卸去了光子的静质量。光子有能量有动量、易波易粒却测不准，这个天子骄子的神奇和玄妙彻底改变了人们理解物质和辐射本性的方式，是上世纪物理科学的重大革命。1905年26岁的爱因斯坦冒天下之大不韪首次提出光量子的假说，并用这一假说（量子论）完美的解释了“光电效应”，他通过光量子假说断言电磁辐射场具有量子性质，即物质和辐射只能通过交换“光量子”而相互作用。但科学界却长期拒不接受这种“奇谈怪论”，人们不能接纳的原因是光量子的假说认为：光具有波粒两象性（波是弥散于无限空间的，而粒子是集中于空间某一处的，光一会儿弥散于无限空间，一会儿又集中于一处），波粒两象性的矛盾既然大神们都困惑不解，咱吃瓜看客自然也不必劳心费神去探究。有趣的是，尽管大家普遍反对光量子假说，爱因斯坦还是因为发现了光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖，不过评委们闭口不提“光量子假说”。
爱因斯坦光量子假说自提出之日起，命运就坎坷多难……，1923年，芝加哥大学教授康普顿测定散射后的X射线波长的变化量与用爱因斯坦方程计算值非常精确地一致，并发文声称：“……验证理论的实验令人信服地表明，辐射量子不仅具有能量，而且具有一定方向的冲量”。“康普顿效应”提出后，其正确性立刻受到物理学同行的严重质疑，在这场惊世骇俗的真理捍卫战中，一个中国人的名字——吴有训（康普顿的研究生）登上了国际舞台，吴有训用了三年时间以系统、精湛的实验和精辟的理论分析为康普顿效应的确立和公认作出了重要贡献。由于有了“康普顿效应”的正确解释，光量子假说才终于被科学界接受，此时距光量子假说的提出已过去整整20年，爱因斯坦在漫长的孤独中坚守真理的科学品质令人赞叹！。
量子世界中，粒子行为不遵从经典物理学规律，看起来的确有些“玄”：微观尺度上的粒子“可能”在这里又在那里，“可能”同时向两个方向运动；粒子之间还可以互相纠缠——通过某种方式即时地远程感知、影响对方。量子力学用概率描述物理现象，这套看似“不合常规”的理论已获得越来越多的实验支持，催生了许多重大发明——原子弹、激光、晶体管、核磁共振、全球卫星定位系统等。而量子信息技术是量子力学的最新发展，其中最具代表性的就是量子通信和量子计算。2017年，中国科研团队利用“墨子号”量子科学实验卫星，在国际上率先成功实现了千公里级的星地双向量子纠缠分发。未来20年内，量子通信技术有望在世界范围内广泛应用，将来甚至可能出现“量子互联网”，而量子计算机、量子互联网、量子卫星将被一起应用，未来的新科技将是量子的天下。
量子科学里，单光子探测是一项关键技术，而雪崩光电二极管（APD）是目前看来有可能工作在常温的最佳光子探测传感器，为降低噪声，现在用于单光子探测的APD均工作在低温，而要使量子信息技术得到广泛应用，APD必须能在常温下工作。这是个有点超前的课题，但十多年前笔者就以此课题申报国家自然科学基金，连续申报了十年，虽然屡战屡败，但仍然屡败屡战，按如今基金评审机制：一个超前的课题，如果没有SCI论文，没有博士头衔，没有名校背景，想获批基金显然希望渺茫，知之为知之，不知为不知，是知也。不抱希望而为之，不改初衷而探寻，只因这其中有太多的奥妙待玩味，我深信雪崩光电管内蕴随机共振机理，是未来实现室温单光子探测的极为可行的方案。现将2015年“基于APD随机共振的非制冷单光子检测研究”的摘要录于此，但愿有江湖高手继续将追踪诡秘光子的游戏玩下去：
“提高室温光子探测效率（PDE）并同时降低暗计数率（DCR）将对量子信息处理和远程预警产生深远影响。为此，本项目提出基于随机共振理论的光子检测新方法，该方法以分析载流子 雪崩概率和现代超阈值并行阵列模型为基础，从热噪声雪崩的角度研究温度对光子检测的影响 ，把光子雪崩检测看作APD非线性系统产生随机共振效应，用虚警映射雪崩增益，以雪崩增益 对应系统状态，通过虚警偏压控制，使载流子的雪崩具有最大信噪比，实现将低温光子检测拓展至室温。主要研究：1.分析倍增区载流子雪崩概率分布，建立电离碰撞的超阈值并列阵列雪 崩增益模型；2.探索雪崩光电管内蕴随机共振机理，计算信道的互信息，确定最佳雪崩增益；3.研究虚警率与偏压及雪崩增益的关系，探讨系统状态的虚警控制方法；4.构建门模阈值实验 系统，验证随机共振理论用于光子检测的合理性和实用性。其成果旨在为室温单光子检测的DCR/PDE进一步降低提供新的理论指导和方法支持。”
最后，附上基金申报书，权当未负初心。
来源：夫子
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