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中國科學家實現對光的波粒二象性可控量子疊加

時間:2019-09-18

新華社南京9月3日電(記者陳希元)我們都知道光有波粒二象性,但我們可以操縱這種量子疊加態嗎?記者3日從南京大學了解到,南京大學物理學院馬曉松教授團隊首次展示了單光子波動和粒子特性的非局部可控疊加。相關結果于2日《自然-光子學》發表。

在人類科學史上,歐幾里德,笛卡爾,牛頓等著名科學家研究過光的本質是粒子還是波浪。在19世紀,Thomas Young在雙縫干涉實驗中發現了光干涉現象,顯示了光的波動。在20世紀,當人們開發量子物理學時,很明顯光在波和粒子的疊加狀態下具有波粒二象性,它既是粒子又是波。

我們能否找到一種方法來控制單個光子根據我們的需要僅作為粒子或波浪運行?由著名物理學家Wheeler提出的延遲選擇實驗是外部觀察者通過操縱光學元件來確定單個光子表現出波動或特殊性。如果光子進入實驗裝置然后“延遲”選擇,則會發現選擇“改變”光子的特性。

“這個實驗深刻地闡述了經典物理學和量子物理學之間不同的時空觀點。我們無法用經典物理學的概念來理解量子物理學的現象?!瘪R曉松教授介紹說,該團隊在Wheeler延遲選擇實驗的基礎上,實現了一個新的非局部量子延遲選擇實驗。在這個實驗中,團隊使用另一對糾纏光子作為控制單元,利用它們之間的糾纏來控制實驗對象光子的特性。

為了實現嚴格的非局部量子控制,控制單元必須遠離實驗主單元以滿足“愛因斯坦局部”條件。 “我們嚴格按照'愛因斯坦地區'條件實施了量子延遲選擇實驗,這彌補了惠勒推遲選擇實驗的漏洞?!闭撐牡牡谝蛔髡?,南京大學的博士生王凱說:“實現這一目標?!睏l件,我們必須在空間和時間上準確地控制實驗儀器。實驗光學儀器分布在校園內的兩個實驗室中,精確設置光信號和電信號的時間?!?/p>

馬曉松說,實驗不僅證明了光可以同時疊加在波動率或粒子量子上,而且證明了這種“波粒子”量子疊加態是可調的,提供了新的量子光學和量子信息處理。方法。

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