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原标题:中国科学家实现对光的波粒二象性可控量子叠加

浏览次数:166 时间:2020-02-01

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。

是否可以找到一种控制手段,让单个光子按照我们的需要,仅表现为粒子,或者仅表现为波?着名物理学家惠勒提出的延迟选择实验,就是外部观测者通过操控光学元件,决定单个光子表现出波动性或粒子性,如果在光子进入实验装置后再“延迟”选择,会发现这个选择“改变”了光子的性质。

“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。

在人类科学史上,欧几里得、笛卡尔、牛顿等着名科学家都曾研究过光的本质是粒子还是波。19世纪,托马斯·杨在双缝干涉实验中发现了光的干涉现象,显示了光的波动性。到了20世纪,人们在发展量子物理的时候明确,光具有波粒二象性,它既是粒子也是波,处于波与粒子的叠加态。

科技日报南京9月3日电 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。

“这个实验深刻阐述了经典物理与量子物理不同的时空观,不能用经典物理的概念去理解量子物理的现象。”马小松教授介绍,团队在惠勒延迟选择实验的基础上,实现了一个新的非局域量子延迟选择实验。在该实验中,团队使用另外一对纠缠光子作为控制单元,利用它们之间的纠缠调控实验主体光子的性质。

最新发现与创新

马小松表示,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”量子叠加态是可调控的,为量子光学以及量子信息处理提供了新方法。

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