我国科学家提出能观察两个光子波粒二象性的新型实验装置

技术研究 量科网 2024-01-29 08:36

理解量子物体行为的本质是合理描述量子世界的前提。根据能否产生干涉现象,量子对象被赋予了波和粒子的双重特性,即所谓的波粒二象性(WPD),它通常在玻尔互补原理意义上的所谓互斥实验安排中能被观察到。

理论物理学家John Wheeler在20世纪80年代提出了延迟选择实验,他指出用于观测光子的方法将最终决定光子的行为是像粒子还是像波。在2011年,Ionicioiu和Terno提出了延迟选择实验的量子版本。通过该实验,光子可以被迫进入粒子和波的叠加状态,通过改变辅助控制参数,可以使光子在粒子与波之间呈现出连续的变换。

在最近发表在《物理评论A》上的一项研究中,来自我国的一组科研团队建立了一套理论并进行了实验,以研究单光子和双光子作为波或粒子的双重行为。实验装置示意图如图1所示,其详细说明则如图2所示。

我国科学家提出能观察两个光子波粒二象性的新型实验装置
图1:实验装置示意图

通过使用他们提出的装置,研究人员能够通过调整单个经典控制参数α来观察单光子或双光子的纯波状、纯粒子状或波粒叠加行为,而该参数与他们添加到Mach-Zehnder干涉仪中的分束器的反射率成正比。

我国科学家提出能观察两个光子波粒二象性的新型实验装置
图2:实验详细说明

研究人员发现,在波粒叠加状态下,单光子和双光子的波长与纯波态的波长是相同的。而双光子情况下的干涉可见度总是低于单光子情况下的干涉可见度。所有的这些实验结果都与理论预测完全吻合,这证明了他们所提出装置的有效性和相关性。

该延迟选择实验采用了与设备无关的“准备-测量”方案,并通过纯经典控制来测试隐变量模型。研究人员计算了相应的维度见证,并揭示了在一定参数范围内线性维度见证的违反,从而证明了隐变量模型的不可能性。研究人员表示,虽然在这项工作中其考虑的是光子,但类似的结果同样适用于物质粒子。(编译:Tmac)