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科学家制备出光的“波粒叠加”状态

发布时间:2019-05-02 10:59 来源:未知 编辑:admin

  记者从中国科学技术大学郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室获悉,该实验室李传锋研究组首次实现了量子惠勒延迟选择实验,制备出光的波粒叠加状态,丰富了人们对玻尔互补原理的理解。该成果作为封面文章发表于9月份的《自然光子学》,同期杂志的《新闻与观察》栏目以《波粒叠加》为题撰文评述了这一研究成果。

  光是什么?现在对光的理解可归结为玻尔的互补原理,即光具有波粒二象性,一个实验中具体展示哪种属性取决于实验装置。比如在由两块分束器构成的马赫曾德干涉仪中,单个光子被第一个分束器分到两个路径上,传播一段距离后重合。如果在重合点加入第二个分束器,则构成干涉仪,观测到波动性;如果不加第二个分束器,观测到的是粒子性。

  马赫曾德干涉实验可以用量子力学解释。但隐变量理论认为,光子有自由意志,在进入干涉仪之前它就察觉到有没有第二个分束器,并根据观察结果决定经过第一个分束器的方式,从而展现粒子性或波动性。为了检验这种隐变量理论和量子力学谁是谁非,玻尔的学生惠勒于1978年提出了著名的延迟选择实验,即实验者等到光子已经完全经过第一个分束器之后再选择加不加第二个分束器。

  在经典的延迟选择实验中,加与不加第二个分束器不能同时进行。李传锋研究组设计出一种量子实验装置,能同时探测光子的波动性与粒子性,从而实现了量子的惠勒延迟选择实验。该实验排除了光子有自由意志的假设,并首次观测到波与粒子的叠加状态,处于这种叠加态的光子,既不像粒子态那样没有干涉条纹,也不像波动态那样表现出正弦形干涉条纹,而是呈现出锯齿形条纹这样一种“非波非粒,亦波亦粒”的形式。

  《波粒叠加》一文评价说:“该实验挑战了互补原理设定的传统界限。”《自然物理》杂志也在“研究高亮”栏目报道该成果,称它“重新定义了波粒二象性的概念”。(来源:中国科学报 杨保国)

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