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光子因其丰富的自由度（包括多种时空结构）成为量子信息最重要的载体之一。表征这些自由度及其间隐藏关联的能力，直接决定了能否将其用于量子任务。虽然测量经典光场时空结构的方法已有多样发展，但由于弱光子流带来的技术挑战，迄今尚未有在量子光场中观测此类结构的报道，仅少数研究局限于单个自由度内的关联。该研究团队在此提出并实验验证了一种自参考、高效率、全光学的方法——光子波包三维成像，用于全面表征量子光场（即双光子时空波包）的时空结构。借助这一创新方法，研究人员成功观测到自发参量下转换产生的双光子空间-空间、频谱-频谱及时空关联，揭示了量子光场中丰富的局域与非局域时空结构。该技术将深化对非线性量子光学动力学的理解，并拓展光子量子通信与量子计算中的应用潜力。