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头脑实验:拆分波粒二象性

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  本文为中国激光第2251篇。

  Photonics Research2021年第9卷第7期封面文章:

  Pratyusha Chowdhury, Arun Kumar Pati, Jing-Ling Chen。 Wave and particle properties can be spatially separated in a quantum entity。 Photonics Research, 2021, 9 (7): 1379-1383

  颠簸性与粒子性是大自然的两个基本属性。关于光是波照样粒子的争论是一个古老的问题。例如,牛顿以为光是一个粒子,而惠更斯、托马斯·杨、麦克斯韦等人则以为光是一个波。

  量子理论泛起后,人们最先意识到光可以是一个相互矛盾的量子实体,即它可以是波或者粒子,取决于详细的实验环境。这种令人惊讶的征象就是众所周知的光的波粒二象性原理。

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  1923年,法国物理学家路易斯·德布罗意勇敢地将波粒二象性从光推广到随便其他物质,此天才的头脑彻底改变了我们对物理天下的看法,同时也启发了量子力学基本方程的确立,即薛定谔方程。现在,波粒二象性已经深深扎根于人们的心中。它导致了一种知识性的看法,即颠簸属性和粒子属性在一个量子实体中同时共存。

  波粒二象性似乎告诉我们,颠簸性与粒子性这两个物理属性是相互绑定在一起,因此不能在一个量子实体中被拆分。这就引起了一个基本问题:人们能否完全星散单个光子的颠簸性与和粒子性,从而乐成拆分波粒二象性?

  为领会决上述问题,印度理工学院的P。 Chowdhury、哈里什-钱德拉研究所的A。 K。 Pati教授和南开大学的陈景灵教授提出了一个头脑实验,用以展示单个光子的颠簸性与粒子性可以在空间中星散。这一重大功效作为封面文章揭晓于Photonics Research2021年第9卷第7期。

  拆分波粒二象性

  为了展示这种星散,该研究团队首先使用波粒盒子来发生单个光子的波粒叠加状态,然后凭证量子柴郡猫的类似手艺设计了一个实验装置。量子柴郡猫是一种量子悖论,其示意猫(量子物体)和它的笑容(物理属性)可以在空间中星散。

  此研究事情所提议的实验装置包罗改善的马赫-曾德尔过问仪,人们可以通过选择合适的预选和后选状态来盘算某些可考察量的弱值。研究团队发现光的粒子特征在过问仪的左臂为零,而波的特征在右臂为零,从而在改善的马赫-曾德尔过问仪中实现了波粒属性的空间星散。

  此外,他们还发现,虽然光的波粒二象性被打破,但在波粒属性空间星散的情形下互补性原理仍然确立。该研究功效在量子基础和量子通讯领域具有潜在的应用价值。

网友评论

1条评论
  • 2021-10-03 00:04:52

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