Separación experimental da dualidade das partículas de ondas

A propiedade das ondas e das partículas son dúas propiedades básicas da materia na natureza. No caso da luz, o debate sobre se se trata dunha onda ou unha partícula data do século XVII. Newton estableceu unha teoría de partículas relativamente perfecta da luz no seu libroÓptica, o que fixo que a teoría de partículas da luz se convertese na teoría principal durante case un século. Huygens, Thomas Young, Maxwell e outros creron que a luz era unha onda. Ata principios do século XX, Einstein propuxo oÓpticaExplicación cuántica doFotoeléctricoEfecto, o que fixo que a xente se dera conta de que a luz ten as características da dualidade das ondas e das partículas. Bohr sinalou máis tarde no seu famoso principio de complementariedade de que se a luz se comporta como onda ou unha partícula depende do ambiente experimental específico e que ambas as propiedades non se poden observar simultaneamente nun só experimento. Non obstante, despois de que John Wheeler propuxese o seu famoso experimento de selección retardado, baseado na súa versión cuántica, teoricamente demostrou que a luz pode encarnar simultaneamente un estado de superposición de partículas de ondas de "nin onda nin partícula, nin onda nin partícula" e este estraño fenómeno foi observado nun gran número de experimentos. A observación experimental da superposición de partículas de ondas de luz desafía o límite tradicional do principio de complementariedade de Bohr e redefine o concepto de dualidade de partículas de ondas.

En 2013, inspirado no gato de Cheshire en Alicia no país das marabillas, Aharonov et al. Propuxo a teoría cuántica de gatos de Cheshire. Esta teoría revela un fenómeno físico moi novo, é dicir, o corpo do gato de Cheshire (entidade física) pode realizar a separación espacial do seu rostro sorrinte (atributo físico), o que fai posible a separación do atributo material e a ontoloxía. Os investigadores observaron entón o fenómeno de gato de Cheshire tanto en sistemas de neutróns como en fotóns, e observaron aínda máis o fenómeno de dous gatos cuánticos de Cheshire que intercambian caras sorrintes.

Recentemente, inspirado nesta teoría, o equipo do profesor Li Chuanfeng na Universidade de Ciencia e Tecnoloxía de China, en colaboración co equipo do profesor Chen Jingling na Universidade de Nankai, deuse conta da separación da dualidade das partículas de ondas deÓptica, é dicir, a separación espacial das propiedades das ondas das propiedades de partículas, deseñando experimentos empregando diferentes graos de liberdade de fotóns e empregando técnicas de medición débiles baseadas na evolución do tempo virtual. As propiedades de onda e as propiedades de partículas dos fotóns obsérvanse simultaneamente en diferentes rexións.

Os resultados axudarán a profundizar na comprensión do concepto básico de mecánica cuántica, dualidade de partículas de ondas e o débil método de medición empregado tamén proporcionarán ideas para a investigación experimental en dirección á medición cuántica de precisión e á comunicación contrafactual.

| Información do papel |

Li, Jk., Sun, K., Wang, Y. et al. Demostración experimental de separar a dualidade das partículas de onda dun único fotón co gato cuántico Cheshire. Light Sci Appl 12, 18 (2023).

https://doi.org/10.1038/S41377-022-01063-5