让单光子源发出多个光子：巧妙调控实现突破

共振荧光是二能级系统在相干驱动下产生的光致发光，自量子光与物质相互作用理论建立以来一直是重要研究对象，其单光子发射被视为量子技术的关键资源。在量子力学中，弱相干驱动下的二能级系统单光子发射可描述为所有光子数态的量子叠加，其中多光子处于“虚拟”状态——它们的概率幅在测量中相互抵消。近年来，多光子现象因其展现的量子力学反直觉特性重新受到关注，例如单个二能级系统虽只有一个跃迁通道却能同时发射两个光子。

本研究聚焦弱驱动二能级系统共振荧光中多光子涨落与经典平均场的量子干涉。研究表明，通过外部零差控制（即添加外部相干场）可破坏这种量子干涉，从而调控多光子动力学。实验中，研究团队以单个InGaAs量子点作为二能级系统，构建了包含偏振、相位和强度可控的本地振荡器（外部相干场）的零差实验装置。通过调节外部场，他们观察到：当外部场抵消系统平均场时，量子涨落得以显现，多光子发射（最高三光子关联）伴随强聚束效应出现；多光子关联函数从反聚束转变为超聚束，且可实现特定光子数的单独抑制（如仅抑制双光子或三光子发射，而不显著影响其他光子数）。

值得注意的是，即使量子涨落的定量贡献可忽略，其定性作用仍至关重要。例如，在强外部场下，经典场并未掩盖量子特性，反而选择性地对特定光子数产生强相消干涉，实现多光子关联的独立调控。当系统接近海特勒极限（驱动更弱）时，多光子效应更显著，尽管此时量子涨落的强度占比更低。

这些发现揭示了量子力学的悖论性特征，证明平均场工程可作为解锁相干驱动量子系统多光子发射的通用工具，为生成超越单光子的非经典光开辟了新途径。