Våg- och partikelegenskap är två grundläggande egenskaper hos materia i naturen.När det gäller ljus går debatten om huruvida det är en våg eller en partikel tillbaka till 1600-talet.Newton etablerade en relativt perfekt partikelteori om ljus i sin bokOptik, vilket gjorde att partikelteorin om ljus blev mainstreamteorin i nästan ett sekel.Huygens, Thomas Young, Maxwell och andra trodde att ljus var en våg.Fram till början av 1900-talet föreslog EinsteinOptikkvantförklaring avfotoelektriskaeffekt, som fick människor att inse att ljus har egenskaperna av våg- och partikeldualitet.Bohr påpekade senare i sin berömda komplementaritetsprincip att huruvida ljus beter sig som en våg eller en partikel beror på den specifika experimentella miljön, och att båda egenskaperna inte kan observeras samtidigt i ett enda experiment.Men efter att John Wheeler föreslog sitt berömda försenade urvalsexperiment, baserat på dess kvantversion, har det teoretiskt bevisats att ljus samtidigt kan förkroppsliga ett våg-partikel-superpositionstillstånd av "varken våg eller partikel, varken våg eller partikel", och detta märkliga fenomen har observerats i ett stort antal experiment.Den experimentella observationen av våg-partikelöverlagring av ljus utmanar den traditionella gränsen för Bohrs komplementaritetsprincip och omdefinierar begreppet våg-partikeldualitet.
2013, inspirerad av Cheshire-katten i Alice i Underlandet, Aharonov et al.föreslog Quantum Cheshire cat-teorin.Denna teori avslöjar ett mycket nytt fysiskt fenomen, det vill säga att Cheshire-kattens kropp (fysiska entitet) kan realisera rumslig separation från sitt smiley face (fysiska attribut), vilket gör separationen av materiella attribut och ontologi möjlig.Forskarna observerade sedan Cheshire cat-fenomenet i både neutron- och fotonsystem, och observerade vidare fenomenet med två kvant Cheshire-katter som utbytte leende ansikten.
Nyligen, inspirerad av denna teori, har professor Li Chuanfengs team vid University of Science and Technology i Kina, i samarbete med professor Chen Jinglings team vid Nankai University, insett separationen av våg-partikeldualiteten avOptik, det vill säga den rumsliga separationen av vågegenskaper från partikelegenskaper, genom att designa experiment med olika frihetsgrader för fotoner och använda svaga mättekniker baserade på virtuell tidsevolution.Vågegenskaperna och partikelegenskaperna hos fotoner observeras samtidigt i olika regioner.
Resultaten kommer att bidra till att fördjupa förståelsen av grundbegreppet kvantmekanik, våg-partikeldualitet, och den svaga mätmetoden som används kommer också att ge idéer för den experimentella forskningen i riktning mot kvantprecisionsmätning och kontrafaktisk kommunikation.
|pappersinformation |
Li, JK., Sun, K., Wang, Y. et al.Experimentell demonstration av att separera våg-partikeldualiteten för en enda foton med kvant Cheshire-katten.Light Sci Appl 12, 18 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5
Posttid: 2023-12-25