所有传统光学滤波器的工作原理相同：让特定波长的光通过，阻挡其他波长的光，利用材料的吸收或干涉特性。滤色片、偏振片和二向色镜都依赖于光作为单个光子时的行为。
但光具有仅在集体层面才显现的特性。来自激光的光子流与热源发射的光子流表现不同,,不是在颜色或亮度上，而是在光子如何聚集上。激光光子以随机间隔到达（一种称为二阶相干性 g⁽²⁾(0) = 1 的特性），而热光显示出光子聚束（g⁽²⁾(0) = 2），某些量子源中甚至出现更强的相关性。这些差异编码了光的量子统计特性，而在此之前，没有材料能够区分它们。
由 Chao You 领导的团队改变了这一点。在《自然》杂志上，他们介绍了量子统计等离子体超晶体,,一种纳米结构金表面，能够根据光的 g⁽²⁾(0) 值而非波长进行过滤。该工作附有伦敦国王学院 Sebastian Golat 的新闻与观点文章，他称这是首次展示能够操控光集体量子特性的材料。
作为量子筛的超晶体
该器件由 100 个金纳米天线（每个 200×400 纳米）组成，排列在玻璃上的 110 纳米金膜上，间距为 1 微米，并配有耦合输入光栅。该结构支持表面等离子体共振,,集体电子振荡,,其相邻纳米天线之间的近场相互作用产生依赖于入射光子相关性的干涉图案。
关键见解借鉴自固体物理学：正如半导体具有禁止某些电子能量的电子带隙一样，等离子体超晶体为特定 g⁽²⁾(0) 值创建了禁止统计带。量子统计落在允许带内的光基本不变地通过。落在禁止带内的光被过滤,,其相干性向最近允许状态偏移。
Golat 在随附的新闻与观点文章中指出，该概念在 2018 年由 Mouloudakis 和 Lambropoulos 在理论上进行了预测（《物理评论 A》，第 97 卷，053413），但 You 的团队提供了首次实验实现。
观察滤波器的工作
团队用 13 种不同的多光子源测试了超晶体，覆盖从相干（g⁽²⁾(0) = 1）到超热（g⁽²⁾(0) = 3）的范围，这些光源通过将 780 纳米连续波激光聚焦在旋转毛玻璃上并在不同位置收集散射光而产生。
结果与理论预测相符：
- 相干光（g⁽²⁾(0) = 1）通过允许带，不变地射出。
- 热光（g⁽²⁾(0) = 2）也落在允许带内，自由传播。
- 超热光 g⁽²⁾(0) = 2.15 落在禁止带内，被过滤后以 g⁽²⁾(0) = 2.58 射出,,向最近允许状态偏移。
- 中间状态如 g⁽²⁾(0) = 1.25 也遇到禁止带，被修正为 g⁽²⁾(0) = 1.50。
该行为完全由纳米天线的几何形状和排列决定。对齐的超原子产生不可区分的多粒子干涉（较窄的带），而不同取向的超原子则加宽带。通过控制这些参数，该团队展示了一条工程化量子统计传输的确定性路径。
超越基于波长的光学
其意义超越基础物理学。一种能够区分光量子态的被动材料基滤波器可以集成到片上光子电路中，用于量子信息处理，取代当前所需的复杂干涉测量和条件测量。同样的方法可以在量子计量学中找到应用，其中区分非经典态与经典背景至关重要。
该工作还提出了一个更广泛的问题：如果材料可以被设计为响应光的量子统计特性而非其经典特性，那么还有哪些集体光学行为可以被利用？Golat 的新闻与观点文章将其定位为量子光学的新方向,,将光子聚束或反聚束行为作为常规材料特性而非实验室技巧进行控制的器件。
注意事项
当前的演示在单一波长（780 nm）下运行，并且需要用于表征输出的光子数分辨探测器配备低温检测系统。实际应用需要室温操作以及与光纤或波导基础设施的集成。超晶体本身是概念验证,,将纳米天线阵列扩展到更大面积和不同波长范围仍有待展示。
婷 翻译
来源：
1. You, C. et al. “Quantum statistical plasmonic metacrystals.” Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10782-3
2. Golat, S. “Optical filter sorts light by its ‘quantum statistics’.” Nature News & Views (15 July 2026). DOI: 10.1038/d41586-026-02038-x
3. Mouloudakis, G. & Lambropoulos, P. Phys. Rev. A 97, 053413 (2018). DOI: 10.1103/PhysRevA.97.053413