近日，北京量子信息科学研究院（以下简称“量子院”）胡承勇团队利用激光转换型单光子源对双光子干涉展开系统研究，揭示出双光子干涉的物理本质。2025年11月3日，激光与单光子间的双光子干涉研究结果以 “Two-photon interference between an independent laser and single photons with ultralong coherence time” 为题发表在 Physical Review Research 上。前期团队关于两个单光子间的双光子干涉研究结果于2024年10月7日以 “Interference of single photons with ultralong coherence time” 为题已发表在 Applied Physics Letters 上。

双光子干涉是量子光学与光量子技术的核心概念，深刻体现了光的波粒二象性。它是制备与分析贝尔态的基础手段，广泛应用于光量子计算、分布式量子信息处理、量子通信（如量子隐形传态、量子中继、量子直接通信与量子密钥分发）以及量子精密测量与传感等前沿领域。目前，对于双光子干涉的物理图像存在两种主要观点：一种聚焦于纠缠光子对的整体干涉，认为干涉源于光子对作为一个整体与其自身的叠加，与光子是否全同无关；另一种则关注两个独立光子，强调其必须具有全同性，并将干涉归因于光子作为玻色子所具有的波函数交换对称性——这一观点已成为评估单光子源光子全同性的黄金标准。

显然，这两类观点之间存在深刻分歧。近年来，研究团队成功研制出激光转换型单光子源，具有超长的一阶相干时间，有可能成为未来量子互联网的标准量子光源（其具体工作原理与性能将在近期另外的工作中介绍）。该光源能够清晰分辨双光子干涉、经典干涉与单光子特性，从而为揭示双光子干涉的物理本质提供了关键实验平台。基于经典电磁波叠加理论和量子理论，本研究提出了统一的双光子干涉模型（两种理论所得结果一致），该模型能够完整复现并解释实验观测现象。相关结论如下：

（1）两个独立光子之间的双光子干涉本质为四阶干涉过程，源于二阶干涉，反映了光子作为波的干涉行为，而与光子是否全同无关；

（2）双光子干涉所呈现的量子特性与经典特性源于同一干涉过程；

（3）即使两个光子频率存在显著差异，可分辨，双光子干涉依然发生，且其干涉可见度在光子从不可区分向可区分过渡的过程中并不降低；

（4）光子全同性是双光子干涉的充分条件，但非必要条件。

这些认识为探索新型光量子技术提供了全新视角。特别值得指出的是，利用激光与超长相干时间单光子之间的双光子干涉，为实现高效远程量子中继开辟了一条切实可行的技术路径，标志着我们向实现量子互联网迈出了关键一步。

图1 单光子产生及其与独立激光之间时间分辨双光子干涉实验装置图，双光子干涉测量基于Hong-Ou-Mandel型干涉仪完成。

图2 不同频率差下双光子干涉测量结果。(a)–(c)在频率间隔分别为10 MHz、50 MHz和500 MHz时测得的互相关函数 g⁽²⁾_∥(τ)；(d)–(f)分别为对应条件下得到的双光子干涉可见度 V_TPI(τ)；(g)零延时干涉可见度 V_TPI(0) 及 (h) 最大背景（拍频）V_Beat(0)可见度随频率差的变化关系。光子是否全同不影响双光子干涉可见度。

该论文第一作者为量子院博士生王曼曼和李彦峰，通讯作者为量子院胡承勇研究员，论文合作者还包括量子院博士生曾传渝，中国科学院半导体所刘汗青博士后、倪海桥研究员和牛智川研究员，量子院魏小刚副研究员和杨仁福研究员。该工作获得了北京市自然科学基金和国家自然科学基金项目的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1103/qsyr-ddw4 （激光与单光子间双光子干涉）；

                  https://doi.org/10.1063/5.0217815 （两个单光子间双光子干涉）。