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中国科学家实现对光的波粒二象性可控量子叠加

时间:2019-09-18

新华社南京9月3日电(记者陈希元)我们都知道光有波粒二象性,但我们可以操纵这种量子叠加态吗?记者3日从南京大学了解到,南京大学物理学院马晓松教授团队首次展示了单光子波动和粒子特性的非局部可控叠加。相关结果于2日《自然-光子学》发表。

在人类科学史上,欧几里德,笛卡尔,牛顿等着名科学家研究过光的本质是粒子还是波浪。在19世纪,Thomas Young在双缝干涉实验中发现了光干涉现象,显示了光的波动。在20世纪,当人们开发量子物理学时,很明显光在波和粒子的叠加状态下具有波粒二象性,它既是粒子又是波。

我们能否找到一种方法来控制单个光子根据我们的需要仅作为粒子或波浪运行?由着名物理学家Wheeler提出的延迟选择实验是外部观察者通过操纵光学元件来确定单个光子表现出波动或特殊性。如果光子进入实验装置然后“延迟”选择,则会发现选择“改变”光子的特性。

“这个实验深刻地阐述了经典物理学和量子物理学之间不同的时空观点。我们无法用经典物理学的概念来理解量子物理学的现象。”马晓松教授介绍说,该团队在Wheeler延迟选择实验的基础上,实现了一个新的非局部量子延迟选择实验。在这个实验中,团队使用另一对纠缠光子作为控制单元,利用它们之间的纠缠来控制实验对象光子的特性。

为了实现严格的非局部量子控制,控制单元必须远离实验主单元以满足“爱因斯坦局部”条件。 “我们严格按照'爱因斯坦地区'条件实施了量子延迟选择实验,这弥补了惠勒推迟选择实验的漏洞。”论文的第一作者,南京大学的博士生王凯说:“实现这一目标。”条件,我们必须在空间和时间上准确地控制实验仪器。实验光学仪器分布在校园内的两个实验室中,精确设置光信号和电信号的时间。“

马晓松说,实验不仅证明了光可以同时叠加在波动率或粒子量子上,而且证明了这种“波粒子”量子叠加态是可调的,提供了新的量子光学和量子信息处理。方法。

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