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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

2019-09-27

新華社南京9月3日電(記者陳席元)我們都知道光具有波粒二象性,但能否實現對這種量子疊加狀態的操控?記者3日從南京大學獲悉,該校物理學院馬小松教授團隊首次演示了單光子波動性和粒子性的非局域可控疊加。相關成果2日發表在《自然-光子學》上。

在人類科學史上,歐幾里得、笛卡爾、牛頓等著名科學家都曾研究過光的本質是粒子還是波。19世紀,托馬斯·楊在雙縫干涉實驗中發現了光的干涉現象,顯示了光的波動性。到了20世紀,人們在發展量子物理的時候明確,光具有波粒二象性,它既是粒子也是波,處于波與粒子的疊加態。

是否可以找到一種控制手段,讓單個光子按照我們的需要,僅表現為粒子,或者僅表現為波?著名物理學家惠勒提出的延遲選擇實驗,就是外部觀測者通過操控光學元件,決定單個光子表現出波動性或粒子性,如果在光子進入實驗裝置后再“延遲”選擇,會發現這個選擇“改變”了光子的性質。

“這個實驗深刻闡述了經典物理與量子物理不同的時空觀,不能用經典物理的概念去理解量子物理的現象?!甭硇∷山淌誚檣?,團隊在惠勒延遲選擇實驗的基礎上,實現了一個新的非局域量子延遲選擇實驗。在該實驗中,團隊使用另外一對糾纏光子作為控制單元,利用它們之間的糾纏調控實驗主體光子的性質。

為了實現嚴格的非局域量子控制,控制單元須遠離實驗主體單元,滿足“愛因斯坦局域性”條件?!拔頤譴舜窩細褚勒鍘蛩固咕鐘蛐浴跫迪至肆孔友映傺≡袷笛? 彌補了惠勒延遲選擇實驗的漏洞?!甭畚牡諞蛔髡?、南京大學博士生王凱說,“要實現這個條件,我們要在空間上與時間上都能精確控制實驗儀器。實驗光學儀器分布在校園內的兩個實驗室中,光信號與電信號的時序經過了精確設置?!?/p>

馬小松表示,實驗不但證明了光可以同時處于波動性或粒子性的量子疊加,而且還證明了這種“波-?!繃孔擁猶強傻骺氐?,為量子光學以及量子信息處理提供了新方法。

[ 責編:戰釗 ]

(來源:光明網



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