摘要：為什么存在光子?經(jīng)典物理給出了推導,但解釋不了光子的本質(zhì)和奇異特性。量子理論表明光子是一種非局域性粒子,并與通常的微觀粒子有重大區(qū)別。然而任何理論都不能提供光子的具體形象,這就在單光子定義上發(fā)生困難。光子可由光脈沖獲取,其中的光子數(shù)服從Poisson分布。另外也可以從光功率出發(fā)而定義單光子,光子實際上是一種最弱光源。本文論述了單光子理論與實驗的進展,給出歷史評論和對某些矛盾悖論的探討。例如,光子是能量子,具有物質(zhì)屬性,但卻給不出光子的尺寸和體積;狹義相對論實際上賦予光子點粒子形象。又如,量子力學(例如Schr dinger方程)用波函數(shù)Ψ(r,t)描寫電子,空間定位為幾率性分布,|Ψ|^2是幾率密度;但對光子卻無法定義一個自洽的波函數(shù),也不能寫出相應的波方程。而且眾所周知,經(jīng)典Maxwell波方程并不能滿意地描寫光子。本文認為“光子無靜質(zhì)量”假說造成了理論自洽性的缺失。對有質(zhì)(量)光子,可用1936年提出的Proca方程組取代Maxwell方程組。我們推導了新的電磁波和光子的波方程,稱為Proca波方程(PWE)。在PWE中有包含粒子質(zhì)量參數(shù)(m)的項,這與Schr dinger波方程、Dirac波方程一致。這使理論關(guān)系改善,而有質(zhì)(量)光子與點粒子劃清了界限。量子信息學的迅猛發(fā)展迫使科學家考慮少數(shù)(例如1萬個或更少)光子的行為特點。最近測量光動量成功,使得可能用實驗確定1個激光束中包含的光子數(shù)。量子保密通信要求理想單光子源(PSPS),其中1個光脈沖僅有1個光子。然而迄今并未制成這種源,所用均為近似PSPS,故通信不會絕對安全。由于白天的光干擾,衛(wèi)星量子通信及量子雷達難以工作得好。如用微波頻段會有好效果,但微波單光子能量極小,實現(xiàn)起來非常難。