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厉害了!我国学者实现光的波粒二象性可控叠加

2019-09-05 09:28:14  来源:科技日报

3日,记者从南京大学获悉,最新一期的自然杂志子刊《自然·光子学》发表了该校物理学院马小松教授团队的研究成果——首次演示了单光子波动性和粒子性的非局域可控叠加。

光究竟是粒子还是波的争论经历了几个世纪。20世纪在量子物理的建立过程中,人们发现了光的波粒二象性,即光既是粒子,也是波,处于波与粒子的叠加态。

那么,是否可以找到某些控制手段,让单个光子按照需要仅表现为粒子,或者仅表现为波?由物理学家约翰·惠勒提出的延迟选择实验显示,一个外部的观测者可以通过对实验装置中一个光学元件的操控,来主动选择单个光子表现出波动性还是粒子性,甚至在光子进入实验装置之后再做选择,选择依然是有效的。

马小松说,他们此次发表的成果,是在惠勒延迟选择实验的基础上,提出并展示了一个新的非局域量子延迟选择实验。

在该实验中,团队使用了另外一对纠缠光子作为控制单元,利用纠缠光子对去调控在波动性与粒子性之间切换的实验主体光子。为了实现严格的非局域量子控制,控制单元远离实验主体单元,也就是要满足物理学家所说的所谓“爱因斯坦局域性”条件。

“要实现‘爱因斯坦局域性’条件,我们需要在空间与时间上都能精确控制实验仪器。我们的光学仪器分布在校园内的两个实验室中,光信号与电信号的时序经过了精确的设置。”文章第一作者王凯说,该实验不但证明了光可以同时处于波动性或粒子性的量子叠加,而且还证明了这种波—粒的量子叠加态是可调控的,这为量子光学和量子信息处理的发展提供了新方法。

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